新浪科技訊 北京時間1月17日消息，據(jù)國外媒體報道，所有的記憶存儲設(shè)備，從你的大腦到計算機(jī)的內(nèi)存，都是通過改變物理性質(zhì)來存儲信息的。130多年前，神經(jīng)科學(xué)先驅(qū)、西班牙病理學(xué)家圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾首次提出，大腦通過重新安排神經(jīng)元之間的連接——即突觸——的方式，來存儲信息。
自此之后，神經(jīng)學(xué)家們就試圖理解與記憶形成相關(guān)的生理變化。不過，將突觸可視化并繪制其分布圖是一項不小的挑戰(zhàn)。首先，突觸非常小，而且緊密地聚集在一起——它們大約是標(biāo)準(zhǔn)臨床磁共振成像（MRI）所能看到的最小物體的100億分之一。研究人員經(jīng)常用小鼠來研究大腦功能，而它們的大腦大約有10億個突觸，顏色和周圍組織一樣都是不透明或半透明的。
近日，生物科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程的科學(xué)家開發(fā)了一種新的成像技術(shù)，讓我們能夠繪制記憶形成過程中的突觸。他們發(fā)現(xiàn)，形成新記憶的過程改變了腦細(xì)胞之間的連接方式。大腦的某些區(qū)域會產(chǎn)生更多的連接，而另一些區(qū)域則會失去這些連接。
繪制魚的新記憶
此前，研究記憶的科學(xué)家更專注于記錄神經(jīng)元產(chǎn)生的電信號。盡管這些研究已經(jīng)證實，在記憶形成后，神經(jīng)元會改變它們對特定刺激的反應(yīng)，但研究人員無法確定是什么驅(qū)動了這些變化。
為了研究大腦在形成新記憶時發(fā)生物理變化的過程，研究人員繪制了斑馬魚記憶形成前后的突觸三維地圖。他們選擇斑馬魚作為試驗對象，因為它們的大腦足夠大，擁有像人類一樣的大腦功能，但同時又足夠小和透明，可以更清晰地研究活體大腦。
為了在斑馬魚大腦內(nèi)誘導(dǎo)新的記憶，研究人員使用了一種名為“經(jīng)典條件反射”的學(xué)習(xí)過程。該過程包括同時將動物暴露在兩種不同類型的刺激下：一種是中性的刺激，不會引起動物的反應(yīng)；另一種則是不愉快的刺激，動物會盡量躲避。當(dāng)這兩種刺激同時出現(xiàn)的次數(shù)足夠多時，動物對中性刺激的反應(yīng)就會與對不愉快的刺激一樣，表明它已經(jīng)將這兩種刺激結(jié)合了起來，形成了聯(lián)想記憶。
在新研究中，研究人員使用紅外激光輕輕加熱斑馬魚的頭部，作為一種不愉快的刺激。當(dāng)魚甩尾時，可以認(rèn)為是其想要躲避刺激的信號。如果魚在暴露于一種中性刺激——比如打開一盞燈——的時候甩尾，就意味著它回憶起了之前不愉快的刺激。
為了制作突觸的三維分布圖，研究人員對斑馬魚的神經(jīng)元進(jìn)行了基因改造，使它們產(chǎn)生能夠與突觸結(jié)合的熒光蛋白，從而使突觸變得可見。然后，他們用定制的顯微鏡對突觸進(jìn)行成像，這種顯微鏡使用的激光劑量比同樣使用熒光來成像的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備低得多。經(jīng)過定制之后，這種顯微鏡對神經(jīng)元造成的損傷要小得多，從而使研究人員能在不影響突觸結(jié)構(gòu)和功能的情況下對其進(jìn)行成像。
當(dāng)研究人員比較記憶形成前后的突觸三維圖像時，他們發(fā)現(xiàn)，背側(cè)大腦皮層的前外側(cè)區(qū)域的神經(jīng)元產(chǎn)生了新的突觸，而在背側(cè)大腦皮層的前內(nèi)側(cè)區(qū)域，大部分神經(jīng)元則失去了突觸。這意味著新的神經(jīng)元正在配對，而其他神經(jīng)元的連接則會被破壞。此前的實驗表明，魚類的背側(cè)大腦皮層可能與哺乳動物的杏仁核類似，是儲存恐懼記憶的地方。
令人驚訝的是，與記憶形成有關(guān)的神經(jīng)元之間的現(xiàn)有連接強(qiáng)度變化很小，與對照組中沒有形成新記憶的神經(jīng)元之間的變化難以區(qū)分。這意味著，聯(lián)想記憶的形成會涉及突觸的形成和喪失，但與之前認(rèn)為的不同，現(xiàn)有突觸的強(qiáng)度并不會必然發(fā)生變化。
移除突觸會移除記憶嗎？
這種觀察腦細(xì)胞功能的新方法不僅可以讓研究人員更深入了解記憶如何運(yùn)作，還有望為治療創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）和成癮等神經(jīng)精神疾病開辟潛在途徑。
聯(lián)想記憶往往比其他類型的記憶（比如有意識的陳述性記憶，如昨天午餐吃了什么）要強(qiáng)烈得多。此外，經(jīng)典條件反射誘發(fā)的聯(lián)想記憶被認(rèn)為與導(dǎo)致PTSD的創(chuàng)傷性記憶類似。因此，與類似創(chuàng)傷時經(jīng)歷的無害刺激會引發(fā)痛苦的回憶，例如明亮的燈光或巨大的噪音可以喚起戰(zhàn)斗的記憶。這項新研究揭示了突觸連接可能在記憶中發(fā)揮的作用，并解釋為什么聯(lián)想記憶比其他類型的記憶更持久、更生動。
目前，治療PTSD最常見的方法是暴露療法，即反復(fù)將患者暴露在一個無害但卻能觸發(fā)刺激的環(huán)境中，從而抑制對創(chuàng)傷事件的回憶。在理論上，這一過程間接改造了大腦的突觸，使記憶不那么痛苦。盡管暴露療法取得了一些成功，但PTSD患者很容易復(fù)發(fā)，表明導(dǎo)致創(chuàng)傷性反應(yīng)的潛在記憶并沒有被消除。
目前，研究人員還不清楚突觸的生成和喪失是否真的推動了記憶的形成。阿諾德的實驗室已經(jīng)開發(fā)出一種可以快速、精確移除突觸而不損傷神經(jīng)元的方法，他們計劃用類似的方法去除斑馬魚或小鼠大腦的突觸，看看這是否會改變聯(lián)想記憶。
通過這些方法，我們或許可以從生理上抹去PTSD和成癮癥等嚴(yán)重疾病的聯(lián)想記憶。然而，在考慮這種治療方法之前，編碼聯(lián)想記憶的突觸變化還需要被更精確地定義。而且，研究人員顯然還有更嚴(yán)重的道德和技術(shù)障礙需要解決。不過，在遙遠(yuǎn)的未來，利用突觸手術(shù)消除不好記憶的前景還是很誘人的。