Science重磅：揭示記憶是如何形成和消退的

為什么你能記住多年未見的兒時好友的名字，卻很容易忘記剛剛認識的人的名字？換句話說，為什么有些記憶在幾十年里保持穩定，而另一些卻在幾分鐘內消失？

通過使用老鼠模型，加州理工學院的研究人員現在確定，強大、穩定的記憶是由神經元"團隊"同步激活編碼的，提供了冗余，使這些記憶能夠持續一段時間。這項研究對于理解大腦損傷后，如中風或阿爾茨海默氏癥(Alzheimer's disease)，記憶可能會受到怎樣的影響具有重要意義。

這項研究是在生物學研究教授Carlos Lois的實驗室里完成的，并發表近日出版的《科學》雜志上。Lois還是加州理工大學天橋神經科學研究所和Chrissy Chen神經科學研究所的兼職教員。

圖片來源：Caltech

在博士后Walter Gonzalez的帶領下，研究小組開發了一項測試，以檢測老鼠在學習和記憶一個新地方時的神經活動。在實驗中，一只老鼠被放置在一個直的籠子里，大約5英尺長，有白色的墻。獨特的符號沿著墻壁標記了不同的位置--例如，最右端附近的加號和靠近中心的斜線。糖水(老鼠的食物)被放在跑道的兩端。在老鼠探索的過程中，研究人員測量了老鼠海馬(大腦中形成新記憶的區域)中特定神經元的活動，已知這些神經元負責編碼位置相關的信息。

當一只動物最初被放置在跑道上時，它不知道該做什么，它左右游蕩，直到遇到糖水。在這些情況下，當老鼠注意到墻上的一個符號時，單個神經元被激活。但在多次體驗之后，老鼠對這條軌跡變得熟悉起來，并記住了糖的位置。隨著老鼠變得越來越熟悉，越來越多的神經元被看到墻上的每個符號而同步激活。從本質上講，老鼠是根據每一個獨特的符號來識別自己的位置的。

為了研究記憶是如何隨著時間的推移而消失的，研究人員讓這些老鼠在長達20天的時間里遠離記憶軌跡。休息之后，當老鼠回到軌道上時，那些已經形成了由更多神經元編碼的強大記憶的老鼠很快就記住了任務。雖然有些神經元表現出不同的活動，但當分析大群神經元的活動時，老鼠對軌跡的記憶是可以清楚地識別出來的。換句話說，使用一組神經元使大腦有記憶，即使一些原始神經元停止活動或受損，仍能回憶起記憶。

Gonzalez解釋說："想象一下，你有一個漫長而復雜的故事要講。為了保存這個故事，你可以把它告訴你的五個朋友，然后偶爾和他們聚在一起，重新講述這個故事，互相幫助，填補一個人忘記的空白。此外，每次你重新講述這個故事，你可以帶新的朋友來學習，因此有助于保存和加強記憶。類似地，你自己的神經元互相幫助來編碼記憶，這些記憶會隨著時間的推移而持續。"

記憶是人類行為的基礎，任何記憶損傷都會嚴重影響我們的日常生活。作為正常衰老的一部分，記憶力喪失對老年人來說可能是一個重大障礙。此外，由幾種疾病引起的記憶喪失，尤其是阿爾茨海默氏癥(Alzheimer's)，會造成毀滅性的后果，干擾最基本的日常活動，包括辨認親戚或記住回家的路。這項研究表明，隨著我們年齡的增長，記憶可能會衰退得更快，因為記憶是由更少的神經元編碼的，如果這些神經元中的任何一個失靈，記憶就會丟失。這項研究表明，有朝一日，設計出能夠促進更多神經元參與記憶編碼的治療方法，可能有助于防止記憶喪失。

"多年來，人們都知道，你練習一個動作越多，你以后就越有可能記住它，" Lois說。"我們現在認為這是可能的，因為你練習一個動作越多，編碼這個動作的神經元數量就越多。傳統的記憶存儲理論假設，要使記憶更加穩定，需要加強與單個神經元的連接。我們的研究結果表明，增加編碼相同記憶的神經元數量，可以使記憶持續更長時間。"這篇論文的題目是"Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus"。