首页 今日热点 好文分享 生活资讯 科技资讯

研究发现:永久记忆的形成方式

时间:2019-11-19 14:33 来源:网络 整理:紫沐兜 浏览:330

形成持久的记忆似乎取决于睡眠期间产生的神经胶质细胞与脑波之间的相互作用。胶质细胞(红色)散布在神经元之间(蓝色)。

科技新闻-记忆力

神经科学家一直认为,学习和记忆取决于加强或削弱神经元(突触)之间的连接点,从而增加或减少细胞将信息传递给邻居的可能性。但是最近一些研究人员开始追求一种完全不同的理论,该理论不涉及改变突触传递的强度。实际上,它甚至不涉及神经元。取而代之的是负责胶质细胞的其他类型的脑细胞。

多伦多大学的一项新研究于本周在线发表在《神经元》杂志上为该理论提供了支持。它提供了证据,即了解一个人的周围环境是否安全的基本行为(所有动物共有的行为)取决于形成称为髓鞘的脂肪鞘的神经胶质细胞,该神经鞘覆盖神经纤维。新理论假设,建立不可磨灭的记忆可以在感觉输入或任务训练后很长一段时间内被召回,这涉及神经胶质细胞和睡眠期间产生的特殊脑电波之间的相互作用。巴黎索邦大学的髓磷脂研究人员伯纳德·扎尔茨(Bernard Zalc)在评论这项新研究时说:“髓磷脂在认知功能中的作用已被大大忽略,本文对此进行了巧妙地纠正。”

传统上,研究称为轴突的神经纤维上的髓鞘绝缘的研究人员专注于疾病,例如多发性硬化症,其中脂肪鞘受损。在多发性硬化症中,神经传递失败,导致广泛的残疾。髓磷脂很像铜线上的塑料涂层,被认为对神经传递至关重要,但它是惰性的,与信息处理和记忆存储无关。

这项新研究挑战了这种观点,因为发现形成髓鞘的神经胶质细胞(称为少突胶质细胞)可以检测到流经它们接触的轴突的神经冲动。有趣的是,称为少突胶质细胞祖细胞(OPC)的未成熟少突胶质细胞几乎遍布整个大脑,而很少考虑脑组织内复杂的解剖边界。整个大脑都充满了盐分,即使在成年期似乎对未成熟的脑细胞几乎没有需求,OPC也是迄今为止我们大脑中经历细胞分裂的最丰富的细胞。

为什么还不清楚,这些奇特的细胞早已使研究人员神秘化。几个实验室的研究最近发现,OPC可以通过分裂成成熟的形成髓鞘的少突胶质细胞并增加有髓鞘的轴突的数量来对神经冲动活动作出反应。这个过程可能会对通过神经网络的信息传递产生深远的影响,因为髓磷脂可将神经脉冲的传输速度提高约50倍。

形成记忆

在Neuron研究中,第一作者帕特里克·斯蒂德曼(Patrick Steadman)和多伦多大学病童医院的保罗·弗兰克兰(Paul Frankland)实验室的同事检验了在学习过程中必须形成新髓磷脂的假说。他们这样做是通过对小鼠进行基因改造,从而在用他莫昔芬治疗时删除了一个称为髓磷脂调节因子(MRF)的基因。该基因对于OPC成熟为少突胶质细胞至关重要。剔除MRF增加了OPC的数量,而新形成的少突胶质细胞的数量却减少了。

现在,研究人员可以通过训练这些小鼠,同时防止它们形成新的髓磷脂,来检验髓鞘形成对于学习必不可少的假设。他们可以在训练过程中的任何时候或之后通过在小鼠身上施用他莫昔芬来阻止髓磷脂的形成。

然后,他们通过进行完善的记忆测试-莫里斯水迷宫(Morris water maze),探究了学习是否需要髓磷脂。在这项测试中,将鼠标放在一个大水桶中,其中一个隐藏的平台浸没在水面下。小鼠迅速了解了该平台的位置,经过几天的训练,它们直接游向了该平台。实验表明,不能形成新髓鞘的小鼠能够像对照小鼠一样快速地了解平台的位置,但是当训练结束后很长时间测试召回率时,那些不能形成新髓鞘的小鼠却不记得了位置也不错,不得不游泳更长的时间才能再次找到平台。用电子显微镜检查脑组织 研究人员发现,已知正常小鼠学习莫里斯水迷宫所需的区域中,更多的轴突有髓鞘。研究人员现在有证据表明,髓磷脂参与了学习的长期记忆。但是他们仍然需要确定髓磷脂在召回中的作用。

准时到达

必须同时收集不同类型的信息以进行回忆,例如,您的房屋所在的位置,或者用鼠标在水迷宫中的平台上。召回需要整合与您的房屋有关的视觉,声音,气味,情感以及记忆,唤起您对房屋的回忆。这些不同类型的信息被处理并存储在大脑的非常不同的部分,并通过广泛的网络进行连接,这些网络必须一起激活才能交错这些记忆的各个方面,最终导致在亚细胞水平上增强突触。这种以网络为中心的神经功能观已被专注于突触传递的记忆研究人员所忽视。但是,如何建立复杂神经网络中神经突触在每个突触中继点的到达时间仍然存在问题。睡眠的大脑节律可能提供线索。

研究人员想知道,在训练结束后是否需要新的髓磷脂将迅速消失的短期记忆转变为持久记忆,神经科学家称此过程为记忆巩固。为了验证这一想法,他们像以前一样,每天对小鼠进行三天训练,共六天,然后在训练结束后抑制他莫昔芬的形成,以抑制髓鞘形成。28天后进行测试时,训练后无法形成新髓磷脂的小鼠在回忆隐藏平台的位置时表现不佳。如果他们在训练后等待太长时间以抑制新髓磷脂的形成(在测试中为25天),则召回率不会受到损害,这表明训练后新的经验被整合到记忆中后,时间仍然存在。结果表明,新的髓磷脂是雕刻持久记忆过程的一部分。但是研究人员进一步深入探讨了髓磷脂如何特别促进记忆整合?为了回答这个问题,研究人员将他们的研究转向了一种不同的学习环境,这种环境引起了动物的恐惧记忆。

在睡眠中记忆

乘坐阿富汗吉普车的士兵会因路边炸弹的危险而感到强烈的危险感,但乘坐吉普车穿越家乡的街道会感到放松。海马是大脑的“ GPS”系统,它确定人体在环境中的位置,但是在前额叶皮层中处理的高级认知功能对于提供位置是与朋友还是与敌人相关的上下文是必不可少的。当经历创伤后,海马体与前额叶皮层之间的交流受到损害时,身体的恐惧反应可能会不适当地激活,导致患有PTSD的人在家中乘坐吉普车时也会遭受同样强烈的危险感。由于这种类型的记忆需要大脑区域之间进行远距离通讯,

时事通讯促销

科学家通过将实验动物放在笼子里来研究这种恐惧的学习方式,在笼子里发出警告声后,通过金属地板施加无害但令人震惊的电击。如果在同一笼中发出相同的警报声,即使没有脚部震动,动物也会在恐惧中冻结。但是,动物不会在不同的环境中响应相同的声音而冻结,因为它与诱发的恐惧无关。海马和前额叶皮层之间的交流提供了引发各种反应的基本环境。纽约大学的GyörgyBuzsáki进行的研究发现,海马中的高频振荡(称为尖波/波纹复合体的脑波)通过与皮层神经元有节奏地激发的皮层神经元同步耦合来传递信息,这称为纺锤体振荡。促进这种有节奏的耦合可以改善内存整合。

这些异常的节律性神经活动波在非快速眼动(无梦)睡眠期间尤其活跃,学习一项新任务会增加这种活动。据认为,睡眠期间海马体与前额叶皮层之间的这种信息传递将位置记忆与其周围环境联系起来。在我自己的研究中,我们发现髓磷脂对脑电波的传播很重要,这增加了在记忆巩固中对新髓磷脂的需求可能会通过这些异常的神经振荡促进海马体与前额叶皮层之间信息穿梭的可能性。

脑波以许多不同的频率振荡。大脑的两个区域同步振荡可能会促进遥远的神经元群体耦合到功能组件中。就像管弦乐队中弦乐部分和圆号的同步一样,同步的大脑节律可能会将额叶前额叶皮层和海马中的神经元耦合在一起,以使小鼠学会恐惧特定的位置。髓磷脂可能在调节脑电波的传播速度中起关键作用。如果神经活动波不能以适当的速率传播,则一波与另一波的破坏性干扰将破坏大脑中有节奏的信息的传播,就像演奏时间不够的音乐家会破坏交响乐一样。

有趣的是,在睡眠和睡眠剥夺过程中发现了髓磷脂的变化。Steadman及其同事通过记录小鼠海马和前额叶皮层的神经振荡,测试了睡眠过程中髓磷脂的形成是否可以通过增加脑电波活动的耦合来促进学习。他们发现,当通过删除MRF基因来破坏新的髓磷脂的形成时,脑波耦合的同步性确实降低了,动物在唤起他们震惊的环境中记忆的恐惧中表现不佳。。

这些研究在一起表明,新髓磷脂的形成对于学习是必要的,因为它通过促进海马体与前额叶皮层之间协调的脑电波活动来巩固记忆。其他类型的学习也似乎需要新的髓磷脂,例如,以改善运动协调性。“当我们考虑如何整合记忆时,传统上我们一直在思考突触可塑性。我们的发现表明,完全不同的可塑性[髓磷脂可塑性]在巩固记忆方面也起着关键作用。” Frankland说。加利福尼亚大学欧文分校的一位著名教授如何记忆的研究者对此表示赞同:“该论文报道了新颖而非常有趣的发现,这些发现……为理解记忆的形成提供了新的方向。”

记住突触的增强和减弱对于学习至关重要,但按时到达工作站以建立正确的连接也是如此,这就是非神经元细胞使髓磷脂通过神经网络快速传递的过程,有助于形成新的记忆。

顶: 0 踩: 0