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【科学家在活脑中观察记忆形式】当神经科学家看着一条活鱼的大脑形成可怕的记忆时 ， 看到了突触连接中发生了意想不到的重新布线 。
这种7天大的斑马鱼幼虫的大脑发光 ， 荧光标记以照亮其神经活动 。 最近 ， 以这种方式的改性鱼被用于记忆形成的研究 。
想象一下 ， 当你享受早上一碗豆浆时 ， 一只蜘蛛从天花板上掉下来 ， 扑通一声进入碗中 。 几年后 ， 你仍然会对豆浆有阴影 。
研究人员现在直接观察了大脑学习这种充满情感的反应会发生什么 。 1月份发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究中 ， 南加州大学的一个团队能够想象实验室鱼类大脑中形成的记忆 ， 当它们在美丽的荧光绿色中绽放时 ， 在显微镜下成像 。 从早期的工作来看 ， 他们曾期望大脑通过稍微调整其神经结构来编码记忆 。 相反 ， 研究人员惊讶地发现 ， 这些联系有了重大改革 。
他们所看到的强化了记忆是一种复杂的现象 ， 涉及大量编码路径的观点 。 但它进一步表明 ， 记忆类型可能对大脑选择编码它至关重要——这一结论可能暗示了为什么某些深度条件的创伤反应如此持久 ， 如此难以忘怀 。
南加州大学定量生物学家Scott Fraser说：“我们所看到的可能相当于大脑中的固态驱动 。 ”他说 ， 虽然大脑以不稳定、易于擦除的形式记录某些类型的记忆 ， 但充满恐惧的记忆可能会存储得更牢固 ， 这有助于解释为什么几年后 ， 有些人可以像重温记忆一样回忆记忆 。
记忆经常在覆盖哺乳动物大脑顶部的皮层和基部的海马体中进行研究 。 但在大脑的恐惧调节中心杏仁核等更深层次的结构中 ， 它被检查得较少 。 杏仁核对联想记忆特别负责 ， 这是一类重要的情感记忆 ， 将不同的东西联系起来——比如豆浆里的蜘蛛 。 虽然这种类型的记忆非常普遍 ， 但它的形成方式还不清楚 ， 部分原因是它发生在大脑中相对难以进入的区域 。
弗雷泽和他的同事看到了绕过解剖学限制的机会 ， 并更多地了解如何使用斑马鱼形成联想记忆 。 鱼不像哺乳动物那样有杏仁核 ， 但它们有一个类似的区域 ， 叫做髌膜 ， 在那里形成联想记忆 。 Fraser解释说 ， 对研究来说 ， 髌膜更容易获得：虽然发育中的哺乳动物大脑只是通过变大来生长——“像气球一样膨胀”——斑马鱼大脑几乎“像爆米花核一样”地翻了过来 ， 所以这些深层中心就在表面附近 ， 我们可以在那里成像它们 。 ”此外 ， 斑马鱼幼虫是透明的 ， 因此研究人员可以直接窥视他们的大脑 。
神经科学家普遍认为 ， 大脑通过改变突触来形成记忆——神经元相遇的微小节点 。 Fraser说 ， 但大多数人认为 ， 它主要通过调整连接强度 ， 或一个神经元刺激下一个神经元的强度来做到这一点 。
因此 ， 为了让这个过程可见 ， 弗雷泽和他的团队对斑马鱼进行了基因工程 ， 以产生与它们的突触结合的荧光蛋白标记的神经元 。 Fraser说 ， 南加州大学生物科学和生物工程教授Don Arnold实验室创造的标记蛋白在定制显微镜的昏暗激光下荧光：挑战在于“能够在事情发生时窃听” ， 但尽可能少使用光线来避免灼热生物 。 然后 ， 研究人员不仅可以看到单个突触的位置 ， 还可以看到它们的力量——光线越亮 ， 连接就越强 。
图片来源：斯科特·弗雷泽
南加州大学定量生物学家斯科特·弗雷泽和他的同事研究了斑马鱼大脑中令人不快的联想记忆的形成 。
为了唤起记忆 ， 弗雷泽和他的团队将斑马鱼幼虫与不舒服的加热联系起来 ， 就像19世纪的俄罗斯生理学家伊万·巴甫洛夫让他的狗在听到铃声时流口水 ， 期待得到治疗一样 。 斑马鱼幼虫每看到光线就学会了游走 。 （在实验中 ， 幼虫的头部固定 ， 但它们的尾巴可以自由摆动 ， 作为学习行为的指标 。 ）研究人员对鱼学习前后的髌膜进行了成像 ， 并分析了突触强度和位置的变化 。
与预期相反 ， 无论鱼是否学到了什么 ， 皮质中的突触强度都大致保持不变 。 相反 ， 在学习的鱼中 ， 突触是从皮层的某些区域修剪的——弗雷泽说 ， 会产生“像砍盆景树”的效果——并在另一些区域重新种植 。
以前的研究表明 ， 记忆可以通过突触的加和删除形成——但大脑的实时和大规模可视化表明 ， 这种记忆形成方法可能比研究人员意识到的要重要得多 。 都柏林三一学院神经科学家Tomás Ryan没有参与这项研究 ， 他说 ， 尽管这不是确凿的证据 ， 但“我认为它提供了令人信服的证据” ， 表明这可能是大脑形成记忆的主要方式 。
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