光遺傳學(xué)技術(shù)重喚“遺失的記憶”

2015年,，利根川進(jìn)和團(tuán)隊(duì)證實(shí)，利用光遺傳學(xué)（optogenetics）技術(shù)可以重新?lián)Q回“遺失”的記憶,。他們發(fā)現(xiàn),，因?yàn)橥鈧該p傷、壓力或者阿爾茲海默癥等神經(jīng)類疾病而造成的逆行性失憶,，并不意味著記憶存儲失效,。相反，記憶依然存儲在大腦深處,，但是提取,、回憶過程出現(xiàn)了障礙。

研究人員將參與記憶存儲的神經(jīng)元稱為“記憶痕跡細(xì)胞”（ memory engram cells）,。在以阿爾茲海默癥小鼠為模型的研究中,，他們發(fā)現(xiàn)，雖然小鼠在回憶方面有困難,，但是記憶依然存在,，且能夠借助光遺傳學(xué)“重新找回”。

隨后,，利根川進(jìn)團(tuán)隊(duì)又開展了一項(xiàng)“記憶系統(tǒng)鞏固”的研究,，在海馬體和前額葉皮層中發(fā)現(xiàn)了編碼相同記憶的“痕跡細(xì)胞”。然而,，在記憶被編碼后的前兩周內(nèi),，位于前額皮質(zhì)的痕跡細(xì)胞處于沉默狀態(tài)，而海馬區(qū)的痕跡細(xì)胞則比較活躍,。隨著時間的推移,，前額皮質(zhì)區(qū)域的痕跡細(xì)胞會轉(zhuǎn)向活躍，而海馬區(qū)細(xì)胞則慢慢變得沉默,。

沉默的記憶可以在大腦保留至少一周

現(xiàn)在,，在這一篇最新的PNAS文章中，研究人員進(jìn)一步揭示了這些沉默痕跡形成的細(xì)節(jié),，以及它們持續(xù)的時間,、被重新激活的條件。

他們訓(xùn)練試驗(yàn)小鼠,，借助輕微的足部電擊讓它們恐懼被放置于特定的籠子中,。經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練，當(dāng)再次把小鼠放置于籠子里，它們會因?yàn)楹ε碌挠洃浂o止不動,。訓(xùn)練過程中,，小鼠的記憶細(xì)胞會被標(biāo)記上一種光敏蛋白，這種蛋白質(zhì)可以讓細(xì)胞在光照的刺激下重新激活,。此外,，研究人員會在訓(xùn)練發(fā)生后立即抑制一部分小鼠細(xì)胞蛋白的表達(dá)。

他們發(fā)現(xiàn),，在訓(xùn)練結(jié)束后,，當(dāng)小鼠重新返回籠子時，它們不會表現(xiàn)出害怕,。但是,，當(dāng)小鼠的記憶細(xì)胞被激光激活后，它們會重新因?yàn)楹ε露闹┯?。這些沉默的記憶能夠在訓(xùn)練后的8天內(nèi)被激光“喚醒”,。

這意味著，即便記憶不能正常被檢索,，它們依然會在大腦存在至少一周,，并且能夠通過刺激突觸形成而重新找回來。

記憶存儲的新機(jī)制

基于這些研究,，Tonegawa提出了新的假說——負(fù)責(zé)記憶編碼的突觸強(qiáng)化,，對后期的記憶長期存儲并不必須。相反,，Tonegawa認(rèn)為,，痕跡細(xì)胞之間特定的連接模式能夠存儲記憶。而且,，在記憶編碼過程中,，這些連接會快速形成，且路徑不同于突觸增強(qiáng),。

研究團(tuán)隊(duì)還試圖通過上調(diào)PAK1蛋白（促進(jìn)突觸形成）,，重新激活“沉默的痕跡細(xì)胞”。他們發(fā)現(xiàn),，這一策略在事件發(fā)生后兩天進(jìn)行,，能夠促進(jìn)痕跡細(xì)胞之間生成新的突觸。治療幾天后,，小鼠將再次能夠記憶、回憶,，且能力與正常小鼠無異,。

“這一研究揭示，記憶痕跡細(xì)胞以特定的連接模式實(shí)現(xiàn)特定的記憶存儲。這個發(fā)現(xiàn)是顛覆性的,，因?yàn)檫^去的教科書認(rèn)為記憶通過突觸強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)存儲,。” Susumu Tonegawa教授強(qiáng)調(diào)道,。

參考資料：