Nature最新研究改变我们理解记忆的方式：记忆是个奇妙的东西

贝勒医学院研究人员的一项研究可能会改变我们理解记忆的方式。到目前为止，记忆一直被解释为神经元的活动，神经元对学习事件做出反应，并控制记忆回忆。贝勒大学的研究小组扩展了这一理论，他们的研究包括对小鼠的研究，表明大脑中被称为星形细胞（LAA）的非神经元细胞类型也储存记忆，学习相关星形细胞（LAA）集合体与被称为记忆印记的神经元群协同工作，以调节记忆的存储和检索。

这项研究更全面地揭示了参与其中的参与者，以及在记忆形成和回忆过程中大脑中发生的活动。此外，它可能为研究与记忆丧失相关的人类疾病（如阿尔茨海默病）以及诸如创伤后应激障碍（其中记忆反复出现且难以抑制）等病症提供新的视角。

“这些发现说明了星形胶质细胞在记忆中的作用的本质，”Benjamin Deneen博士说。

Deneen是该团队在《自然》杂志上发表的论文的通讯作者，题为“Learning-associated astrocyte ensembles regulate memory recall”，他们在论文中报告说，“总的来说，我们的研究确定了LAAs是学习经验适应性反应的关键组成部分，在电路可塑性和记忆回忆过程中调节信息流。”

作者写道，记忆形成和回忆的物理表现是尚未解决的基本问题。“在细胞水平上，被称为印痕的神经元集合被学习事件激活，并控制记忆回忆。”Deneen进一步评论说：“普遍的观点是，记忆的形成和回忆只涉及由某些经历激活的神经元印痕，并保持和检索记忆。”

星形胶质细胞靠近神经元，参与一系列支持神经传递和回路可塑性的活动。“此外，星形胶质细胞表现出经验依赖的可塑性，在这种可塑性中，它们的激活状态、转录反应和功能特性是根据环境刺激和内部状态调整的，”科学家们说。

“我们的实验室在研究星形胶质细胞及其与神经元的相互作用方面有着悠久的历史，”Deneen补充说。“我们发现，这些细胞在物理上和功能上都相互密切作用，这对正常的大脑功能至关重要。然而，星形胶质细胞在记忆存储和提取中的作用以前还没有被研究过。”

在他们最新报告的研究中，研究人员首先开发了一套全新的实验室工具来识别和研究与记忆脑回路相关的星形胶质细胞的活动。

一个典型的实验包括：首先，让小鼠在暴露于特定情况后感到恐惧和“冻结”。当小鼠在一段时间后被放回到同样的环境中时，它们会因为记得而冻结。如果把同样的老鼠放在不同的环境中，它们不会僵住，因为这不是它们习惯于感到恐惧的原始环境。

“通过对这些小鼠和我们新的实验室工具的研究，我们能够证明星形胶质细胞确实在记忆回忆中发挥作用，”共同第一作者、Deneen实验室的博士后研究员Wookbong Kwon博士说。

研究人员表明，在学习过程中，如恐惧条件反射，大脑中的星形胶质细胞子集表达c-Fos基因。表达c-Fos的星形胶质细胞随后调节该脑区域的电路功能。

“表达c- fos的星形胶质细胞在物理上与印痕神经元接近，此外，我们发现印痕神经元和物理上相关的星形胶质细胞群在功能上也有联系。星形胶质细胞集合的激活特别刺激突触活动或相应神经元印记中的通信……这种星形胶质细胞-神经元的通信是双向的；星形胶质细胞和神经元相互依赖。”

当小鼠处于一个与恐惧无关的环境时，它们不会冻结。然而，“当这些小鼠在非恐惧环境中被激活星形胶质细胞集合时，动物就会冻结，这表明星形胶质细胞的激活刺激了记忆的回忆。”在评论他们的观察结果时，作者进一步指出：“总的来说，这些结果表明，之前在恐惧学习期间被激活的海马星形胶质细胞群的选择性再激活足以引发记忆回忆。”

为了更好地理解是什么介导了星形胶质细胞群在记忆中的活动，研究人员研究了NFIA基因。“我们的实验室以前已经证明，星形细胞NFIA可以调节记忆回路，但它是否在星形细胞的整体中起作用，以协调记忆存储和回忆，这是未知的。”

为了研究恐惧条件反射后NFIA在星形胶质细胞集合中的作用，研究小组开发了一种系统，可以在恐惧条件反射期间选择性地删除LAAs中的NFIA。他们发现，被学习事件激活的星形胶质细胞的NFIA蛋白水平升高，在这些星形胶质细胞中阻止NFIA的产生会抑制记忆的回忆。重要的是，这种抑制被发现是记忆特异性的。

Kwon说：“当我们删除在学习事件中活跃的星形胶质细胞中的NFIA基因时，动物无法回忆起与学习事件相关的特定记忆，但它们可以回忆起其他记忆。”作者补充说：“这些发现表明，由于LAAs中NFIA的缺失导致的记忆损伤是与原始恐惧调节事件相关的记忆回忆所特有的，而对其他事件的记忆则保持完整……因此，这些数据表明，星形胶质细胞的独特集合选择性地协调了特定记忆的巩固和回忆。”

Deneen说：“这些发现说明了星形胶质细胞在记忆中的作用的本质……与学习相关的星形胶质细胞的集合是特定于学习事件的。”调节恐惧经历回忆的星形胶质细胞群与参与回忆不同学习经历的星形胶质细胞群不同，神经元群也不同。”

在他们的报告中，作者总结道：“这些发现扩展了星形胶质细胞表现出经验依赖的可塑性的概念，其中星形胶质细胞的功能被调整到感官或社会经验，通过说明记忆巩固和回忆中的新角色……总之，我们的数据确定了LAA集合是一种可塑性的形式，足以激发记忆回忆，并表明星形胶质细胞是印迹的活跃组成部分。”