Cell：终生记忆是如何形成的？

  洛克菲勒大学神经学家Cori Bargmann实验室的成员有相当多的时间是在观察秀丽隐杆线虫四处移动。这些微小的生物以土壤细菌为食，它们的生活依赖于它们区分有毒微生物和营养微生物的能力。
  在最近的一项研究中，Bargmann和她的同事们发现，线虫在第一幼虫期可以识别有害细菌的气味，并且对这些气味产生的厌恶会持续到成年期。
  许多动物都能在出生后不久的关键时期内形成重要的、终身的记忆。这种现象被称为印记（imprinting），可使新孵化的鹅与它们的母亲形成亲密纽带，并使鲑鱼在产卵后返回到其原生流。人类的学习过程可能更为复杂和微妙，科学家早就知道，我们大脑存储并长期保存记忆的能力，依赖于记忆是何时以及如何获得的。
  Bargmann说：“在线虫的情况中，我们吃惊地发现，它们小而简单的神经系统，不仅能够记住事物，而且还能形成长期记忆。这提出了一个问题：不同生命阶段发生的学习过程是否有生物学上的差异？”
  在这项研究中，她和洛克菲勒大学研究生Xin Jin，让年幼和成年线虫都学会了避开食物的气味，并详细地研究了产生经验记忆的神经回路。相关研究结果发表在2月11日出版的《Cell》杂志，阐明了哪些神经元、基因和分子通路可区分两种类型的记忆，从而为神经生物学研究提供了新的前景。
  印记的厌恶感持续终生
  当成年线虫遇到病原菌时，它们通过向相反的方向移动而避开它，它们能避开类似的细菌约二十四小时的时间。但它们的记忆很快就消失了。
  另一方面，年幼的线虫，则形成更持久的印象。研究人员让新生线虫直接在病原体上孵化，并让它们在生命开始的十二小时待在那里——第一个幼虫阶段。（病原体使得线虫肠道感染，但没有杀死它们。）然后，当蠕虫在成年后（三天后）再次遇到病原体时，它们逃走了。没有在有毒细菌上孵化的线虫，则发现它们和无害细菌一样有吸引力。
  Jin发现，通过沉默线虫的特定神经元，并重复学习实验，她能够确定每个神经细胞对于记忆过程的贡献。她的实验结果表明，介导这两种类型学习的神经回路是相似的，但并不完全相同。许多神经元对于印记和成年学习是必需的，但是称为AIB和RIM的细胞，对于幼虫期印迹记忆的形成，则是唯一重要的。
  当线虫形成印记和短期记忆时，有一些基因和信号通路被激活，研究人员对它们进行比较后，发现了类似的结果。这两个过程依赖于类似的分子成分，但一些基因被发现只是一种类型的学习所特别需要的。
  Bargmann说：“这些结果表明，早期的印记并不是与其他学习完全不同——它是随一些特殊功能而增强的相同系统。”
  记忆是如何形成、储存和恢复的
  当我们学习新事物时，我们的神经系统正在发挥作用。例如，当一只幼小的鸣禽跟成年鸟学习鸣叫时，导师表现的记忆肯定首先形成并储存在它的大脑中。然后，当小鸟首次亮相时，记忆必须被恢复到实践，然后开始这种声乐行为。
  由于大多数动物的大脑是非常复杂的，因此科学家们很难详细地研究这些学习的元素。利用秀丽隐杆线虫——其较小的大脑中只有302个神经元，研究人员能够揭示“驱动线虫记忆形成和提取”的神经电路，这两个过程已被证明在神经系统方面有所不同。
  Bargmann说：“我们了解到，当线虫对一种食物气味形成早期记忆时，它们用一组神经元来形成这种记忆，在生命后期，当它们遇到同样的气味时，它们则用一组不同的神经元来恢复这部分记忆。”
  记忆是如何储存在大脑中的——在它们所居住的神经元中，以及在分子水平上是什么构成了它们？仍然是难以捉摸的。不过Bargmann说，她实验室的研究结果，为今后进一步研究存储记忆以及其他开放式问题，奠定了基础。她说：“这项工作最让人回味的事情是，它提醒我们，学习并不是复杂大脑的一些奇特创新。这是任何神经系统可以执行的一种基本功能。”
  关于记忆形成这个问题，科学家们已经进行了多方面的研究，长期以来，人们一直认为记忆储存在突触中。然而，2015年12月，著名华裔科学家钱永健（Roger Tsien）教授的一项最新研究对此提出了挑战。他们在2015年美国神经科学学会的年会上发布了这项研究，首次为人们提供了在活组织中追踪PNN动态的工具。而在同年11月份，Scripps研究所（TSRI）的科学家们发现，一对大脑蛋白的互作是记忆形成的关键。这项研究发表在Cell杂志上，为神经退行性疾病的药物研发带来了新的启示。
  同时，科学家们还发现了增强记忆力的很多途径。例如，来自韩国先进科技学院（KAIST）、韩国基础科学院（IBS）认知和社会性中心的一个研究小组，在光遗传学方面取得了一个突破——用光提高记忆力，相关研究结果发表在2015年九月十四日的《Nature Biotechnology》。2015年12月，德国海德堡大学神经科学中心的一个研究团队发现，提高大脑中某些基因修饰酶的水平，能显著提高认知能力，相关研究结果发表在最近的《Molecular Psychiatry》杂志上。
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