NIH资助的研究揭示记忆形成在细胞和亚细胞水平的结构特征

在美国国立卫生研究院（NIH）支持的一项研究中，研究人员揭示了小鼠大脑中广泛神经元网络中记忆形成的结构基础。这项工作阐明了记忆形成的基本灵活性，以前所未有的分辨率详细描述了细胞和亚细胞水平的学习相关变化。了解这种灵活性可能有助于解释为什么记忆和学习过程有时会出错。

该研究成果发表在《科学》杂志上，显示被分配到记忆痕迹中的神经元通过一种称为多突触终末的非典型连接方式重新组织了与其他神经元的连接。在多突触终末中，传递信号的神经元轴突与多个接收信号的神经元接触。据研究人员称，多突触终末可能使之前研究中观察到的信息编码的细胞灵活性成为可能。

此外，研究人员发现参与记忆形成的神经元并没有优先与其他神经元连接。这一发现挑战了“一起放电的神经元会连在一起”的传统学习理论。

研究人员还观察到，被分配到记忆痕迹中的神经元重新组织了某些提供能量并支持通信和神经连接可塑性的细胞内结构。这些神经元还增强了与星形胶质细胞的相互作用。

斯克里普斯研究所的科学家Marco Uytiepo、Anton Maximov博士及其同事结合使用先进的遗传工具、三维电子显微镜和人工智能技术，重建了参与学习的神经元的连接图，并识别了这些神经元及其连接在细胞和亚细胞水平上的结构变化。

为了检查与学习相关的结构特征，研究人员让小鼠进行条件反射任务，并在大约一周后检查它们的大脑海马区。他们选择这个时间点是因为它发生在记忆首次编码之后但在重新组织以进行长期存储之前。利用先进的遗传技术，研究人员永久标记了在学习过程中激活的海马神经元子集，从而能够可靠地识别它们。然后，他们使用三维电子显微镜和人工智能算法生成了参与学习的兴奋性神经网络的纳米级重建。

这项研究提供了对一个脑区记忆形成结构标志的全面视图。它也提出了新的问题供进一步探索。未来的研究将至关重要，以确定类似机制是否在不同时间和神经回路中发挥作用。此外，还需要进一步研究多突触终末的分子组成，以确定其在记忆和其他认知过程中的精确作用。

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