Nature：記憶編碼的神經(jīng)學(xué)發(fā)現(xiàn)
日期：2012-02-22 08:28:53
在加州大學(xué)圣克魯茲分校的研究人員領(lǐng)導(dǎo)下，一項(xiàng)研究揭示了在新記憶過(guò)程中大腦線路如何重新連接的詳細(xì)信息，該研究證實(shí)當(dāng)動(dòng)物學(xué)習(xí)執(zhí)行一項(xiàng)新任務(wù)時(shí)，大腦細(xì)胞間會(huì)成簇出現(xiàn)新的突觸。這一研究發(fā)現(xiàn)在線發(fā)表在2月19日的《自然》（Nature）雜志上。
在這篇文章中，研究人員在小鼠學(xué)習(xí)通過(guò)凹槽獲取種子這一新行為的過(guò)程中對(duì)它們進(jìn)行了研究。研究人員發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，控制肌肉運(yùn)動(dòng)的小鼠大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)發(fā)生了變化。具體說(shuō)來(lái)，這些變化是緊隨著新的“樹(shù)突棘”——神經(jīng)元間形成連接（突觸）的結(jié)構(gòu)——生長(zhǎng)而出現(xiàn)的。
文章的通訊作者、加州大學(xué)圣克魯茲分校分子、細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)系助理教授左軼（Yi Zuo，生物通音譯）說(shuō)：“這是我們第一次觀察到記憶編碼相關(guān)新突觸的空間分布情況。”
在此前的研究中，左軼和其他的研究人員曾證實(shí)在學(xué)習(xí)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)錐體神經(jīng)元上的新樹(shù)突棘發(fā)生了快速生長(zhǎng)。這些樹(shù)突棘形成突觸，通過(guò)突觸錐體神經(jīng)元接收其他神經(jīng)區(qū)域發(fā)出的與運(yùn)動(dòng)記憶和肌肉動(dòng)作相關(guān)的信號(hào)。在這篇新文章中，左軼實(shí)驗(yàn)室的博士后研究人員、文章的第一作者傅敏（Min Fu，生物通音譯）分析了新形成突觸的空間分布。
空間分析的初步結(jié)果表明有三分之一的新形成突觸相互比鄰。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，小鼠不斷重復(fù)執(zhí)行相同的行為，僅需數(shù)天便可形成這些成簇的突觸。與那些不成簇的突觸比較，在學(xué)習(xí)期間以及訓(xùn)練終止后成簇的突觸更可能持續(xù)存在。
此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)隨著第2個(gè)成簇樹(shù)突棘形成，第1個(gè)樹(shù)突棘繼續(xù)增大。樹(shù)突棘頭的大小與突觸的強(qiáng)度密切相關(guān)。左軼說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)第2連接的形成與第1連接的強(qiáng)度密切相關(guān)，這表明它們有可能參與了相同的環(huán)路。這些突觸的簇集有可能起到了放大突觸強(qiáng)度的作用。”
該研究的其他數(shù)據(jù)還表明這些成簇的突觸參與的神經(jīng)環(huán)路顯示出了學(xué)習(xí)任務(wù)特異性。研究人員讓在此前實(shí)驗(yàn)中接受訓(xùn)練的小鼠轉(zhuǎn)而完成另一種不同的任務(wù)。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，小鼠不再被要求抓取種子，而是學(xué)習(xí)如何處理一份意大利面。研究人員發(fā)現(xiàn)兩種任務(wù)均誘導(dǎo)形成了成簇的樹(shù)突棘，然而在學(xué)習(xí)不同任務(wù)的過(guò)程中形成的樹(shù)突棘并沒(méi)有相互簇集在一起。
而在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，小鼠則被要求每天接受不同的任務(wù)挑戰(zhàn)。不同那些一遍又一遍重復(fù)相同任務(wù)的小鼠，這些小鼠也形成了新樹(shù)突棘，然而這些新的樹(shù)突棘卻很少簇集在一起。
左軼說(shuō)：“重復(fù)激活相同的皮質(zhì)環(huán)路在學(xué)習(xí)新任務(wù)中起著極其重要的作用。然而最佳的重復(fù)頻率是什么？最終，通過(guò)研究突觸形成與學(xué)習(xí)之間的關(guān)系，我們希望找到誘導(dǎo)新記憶形成的最佳途徑。”
