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哈佛研究对固定记忆形成模型产生怀疑

更新时间:2018-05-15

信用:Firstsignal,盖蒂图片

em哈佛医学院最近发表的一项研究对固定记忆形成的普遍模型表示怀疑,这表明大脑可能更灵活,保留和遗忘。 / em

人类大脑有一个细胞区域,负责将感官线索与行为和行为联系起来,并将链接编排为记忆。形成这些链接的细胞被认为是高度稳定的和固定的。

现在,哈佛医学院(HMS)在小鼠身上进行的一项研究发现对这种模型提出了挑战,揭示负责此类任务的神经元可能不如以前认为的那样稳定,但更灵活。

8月17日发表在Cell杂志上的这一结果令人怀疑传统观念,即记忆形成涉及以固定和高度稳定的模式将信息硬连线到大脑。

研究人员表示,他们的研究结果表明,神经元网络中的关键可塑性确保了新信息的整合。这种可塑性使得神经元网络能够更容易地融入新的学习,消除了每次形成分离神经元的新链接的需要。此外,研究人员说,一旦不再需要记忆,神经元可以更容易地重新分配给其他重要任务。

研究资深作者克里斯哈维说:“我们的实验表明,神经元的稳定性远低于我们预期的将感觉线索与行动联系起来的神经元的稳定性,并表明存在更多的灵活性,并且确实具有一种神经元效率。” HMS的神经生物学。 “我们相信这种平衡确保了在保留旧记忆的同时整合新信息的能力之间的微妙平衡。”

哈佛医学院的研究包括在一个月内通过虚拟迷宫反复运行的小鼠实验。研究人员分析了涉及导航决策的大脑区域的大脑活动图像,他们指出神经元并没有稳定在一个模式中。相反,形成小鼠迷宫运行记忆的一组神经元在研究期间不断变化。实际上,神经元一直在记忆模式中转换角色或者完全放弃它,只能被其他神经元取代。

哈维说:“个别神经元往往有条纹,几天后他们会做同样的事情,然后切换。” “几周来,我们开始看到神经元整体模式的变化。”

实验是研究团队不断努力的一部分,以解开记忆形成的奥秘,特别是大脑如何捕捉外部线索和行为以执行循环任务,如使用地标导航空间。想象一下,一个人开着熟悉的路线去杂货店看到银行并在那个角落右转,甚至没有有意识地去思考。

为了模拟这个过程,研究小鼠接受了训练,在跑步机前的大屏幕上显示虚拟通道 - 计算机生成的迷宫 - 如果他们被给予黑色提示则向右转,或者如果他们被给予白色提示。当小鼠在虚拟迷宫中驰骋时,研究人员对大脑中负责空间决策的数百个神经元进行成像。

一旦导航链接在几周内牢固地建立在老鼠的大脑中,研究人员预计神经元的活动每天看起来都一样。在彼此24小时内发生的迷宫运行中,确实如此。响应于白线索而激活的神经元可以与响应黑线索而激活的神经元区分开。然而,研究人员观察到,在数周的时间内,单个神经元信号之间的线条模糊不清,记忆模式开始在神经元间漂移。与黑色线索有关的神经元会失去其专业性,被另一个神经元取代,或者甚至可能与白色线索相关联。这对研究人员来说是一个惊喜。

研究第一作者,神经生物学系研究生Laura Driscoll说:“我们确信神经元每天都会做同样的事情,因为我们设计的研究期望以稳定模式作为基线。 “在我们意识到神经元正在改变角色之后,我们不得不重新考虑部分研究。”

研究人员测试了当老鼠在迷宫中导航时,他们将形状添加为第三提示时,模式是如何改变的。研究人员发现,随着小鼠学习新的线索,个别神经元重新分配后,研究人员发现整体活动模式的变化很小。研究人员说,这一发现支持这样一种观点,即存储记忆的神经元网络保持灵活性以纳入新的学习。

研究人员假设,神经细胞稳定性可能在不同的大脑区域有所不同,这可能取决于他们编码的技能或记忆需要修改的频率。哈维说,对于像导航这样的经常需要大脑整合新信息的任务来说,神经元保持灵活性是有道理的。然而,更多的本能身体反应,比如眨眼,可能会随着时间的推移而硬化,神经元漂移很小。

Driscoll说,结果为记忆形成的复杂性提供了一个引人入胜的早期视角。为了阐明整个大脑区域记忆形成和存储的大局,研究人员表示,他们希望研究涉及不同类型决策和记忆的大脑其他领域。

“我希望这项研究能够激发人们将记忆想象成不是静止的东西,”哈维说。 “记忆是积极的,并与学习过程密切相关。”

这项研究的合着者包括诺亚佩蒂特,马提亚斯明德勒和塞尔曼切蒂。

这项工作得到了科学界的Burroughs-Wellcome基金职业生涯奖,Searle学者计划,纽约干细胞基金会,Alfred P. Sloan研究基金会,NARSAD大脑和行为研究基金会青年研究者奖,国立研究所来自国家心理健康研究所BRAINS项目(R01MH107620)和国家神经疾病和卒中研究所(R01NS089521),Armenise-Harvard基金会青年教师资助计划,Edward R.和Anne G. Lefler中心预科专业奖学金和青年教师奖,阿尔伯特J.瑞恩奖学金和斯图尔特总部&Victoria Quan团契。

出版物:Laura N.Driscoll等,“顶叶皮层中神经元活动模式的动态重组”,Cell,2017; doi.org/10.1016/j.cell.2017.07.021

来源:Greta Friar,HMS Communications

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