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消除记忆!日本学者通过光照实现对记忆的操纵

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撰文 | nagashi

如果你有一份重要的文件,你会选择将它放在哪里?是摆在书架上,还是收在抽屉里,甚至是藏到保险柜?

实际上,我们的大脑就非常擅长干这些事情,它常常把各类记忆归档并妥善保管——记忆首先出现在大脑的一部分,如海马体,后转移到另一部分进行长期存储,这一过程被称为记忆巩固。

在很长的一段时间里,人类对记忆的形成和巩固的认知极为有限,更谈不上如电影中那样消除记忆,覆盖记忆,甚至是操纵记忆。而如今,日本京都大学的 Yasunori Hayashi 团队成功利用新的光遗传技术实现了对记忆的操纵。

这种技术会阻碍神经活动,即所谓的长时程增强(LTP),而长时程增强本来可以在睡眠期间巩固记忆,从而实现对记忆的消除。

近日,该研究以:Stepwise synaptic plasticity events drive the early phase of memory consolidation 为题,发表在了国际顶尖学术期刊Science上。


长时程增强(LTP),是发生在两个神经元信号传输中的一种持久的增强现象,能够同步的刺激两个神经元,进而改变两者的突触强度。由于记忆被认为是由突触强度的改变来编码的,LTP被普遍视为构成学习与记忆基础的主要分子机制之一。

既然LTP可以通过神经活动增强突触,且对记忆形成至关重要,那么我们是否可以通过检查何时和哪些细胞进行LTP来确定记忆在大脑中形成的时间和地点呢?

事实上,此前的研究表明,通过药物可以破坏LTP,但这种方法难以控制,无法在记忆巩固的特定时间点针对特定的大脑区域进行阻断。

相信很多人对威尔·史密斯主演的科幻电影《黑衣人》印象深刻,电影中,特工们用一个发出闪光的仪器抹去人们的记忆。


该研究的第一作者Akihiro Goto表示,这项研究的灵感证实来自于这部电影。他们正做着黑衣人类似的事情,只不过把黑西装和墨镜换成了白大褂和安全护目镜。

在这项研究中,研究团队注意到一种对突触功能至关重要的蛋白质——cofilin,并试图通过神经光学技术来操控它在小鼠大脑中的表达。研究人员将通常用于基因递送的腺相关病毒(AAV)注射到小鼠大脑,进而表达cofilin和SuperNova感光抑制蛋白的融合蛋白。当暴露在光下时,SuperNova感光抑制蛋白会释放活性氧,使cofilin失去活性。


实验流程图

基于此,研究团队能够利用神经光学技术在特定时间窗内选择性消除记忆的长时程增强(LTP),以此发现不同阶段的突触可塑性发挥了不同的作用。第一波在海马体局部发挥作用,赋予上下文特异性。第二波,在同一天的睡眠中,将这些神经元组织成同步的放电集合。最后,在第二天睡眠时,前扣带皮层的LTP是进一步稳定记忆所必需的。


睡眠期间海马体中的离线LTP是记忆巩固所必需的

我们都知道,记忆最初在海马体中编码,然后转移到大脑皮层进行长期存储。这意味着发生在海马体中的LTP是十分重要的。研究团队发现,当小鼠在学习一项任务后立即对其海马体进行光照,然后在学习后的睡眠中再次进行光照,以此打断了海马体中发生的LTP,小鼠的这些记忆就会丢失。

海马体的LTP过程在记忆形成和记忆巩固中具有重要作用

总而言之,这项研究通过一种新的神经光学技术成功消除了小鼠的记忆,并证明了在记忆巩固的早期阶段,长时程增强(LTP)的精确定位、时间和特征对记忆的形成是至关重要的。也就是说,可以通过这种定向光照来消除记忆。

该研究的通讯作者Yasunori Hayashi表示:“这项新技术提供了一种方法,可以在细胞水平上分离大脑中时间和空间上的记忆形成。希望这种方法能带来一系列精神障碍的治疗方法,如阿尔茨海默病、学习障碍和精神分裂症等等。”

参考资料:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj9195

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211112121514.htm

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