科學家深入剖析大腦研究記憶過程︰操控人的記憶可行-SAKAI BBS 社區
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科學家深入剖析大腦研究記憶過程︰操控人的記憶可行

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    2015-1-3 10:48
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    發表於 2018-7-18 08:02:21 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
    什麼是記憶?1904年,德國生物學家理查德€€西蒙提出了一個概念,指出記憶的痕跡是由一組不持續的大腦細胞毗連以後拼集起來的。他將這類想象中的心理回路稱為“engram”,即“記憶痕跡”。在以後的時候里,記憶痕跡在科幻小說和“山達基”系統中一向有著頑強的生命力。

    但是,證實記憶痕跡的存在還需要等到後來光遺傳學技術的成長。正是有了用光激活的“鑷子”,科學家才得以對記憶痕跡回路停止邃密的分解。2012年,日本生物學家利根川進操縱光遺傳學技術,在麻省理工學院的嘗試室里初次揭露了記憶痕跡的實在存在。

    在客歲4月頒發的一篇論文中,利根川進的嘗試室又揭露了記憶痕跡若何在大腦海馬發生,然後上傳、存儲到大腦皮層的具體進程。對記憶保存細節的剖析,為改變記憶失利或記憶過于活躍供給了新的思緒和方式。

    “在道理上,這項研討揭露了我們應當若何處置那些在創傷後壓力癥中變得過于活躍的細胞,”澳大利亞昆士蘭腦神經科學研討所的主管Pankaj Sah說,“某種水平上,發現這些很是完整的記憶可以如此離散,實在是使人意外。”

    第一次有關人類記憶構成和貯存的嘗試性證據要追溯到1953年。那時,27歲的美國人亨利€€莫萊森為了治療癲癇癥,切除了大腦中三分之二的海馬體。令主持手術的外科醫生感應震動的是,此次手術摧毀了莫萊森發生新記憶的才能,而他本來的記憶則保存了下來。

    這場計劃外的嘗試表白海馬體是構成新記憶的必須結構,特別是佈景豐富、天天城市發生的“間歇性”記憶,比現在天早上你遛狗時所見到的一切。不外,這些細節豐富的記憶並沒有貯存在海馬體中。隨著時候推移,它們會被轉移到大腦的外層€€€€大腦皮層。在早前的研討中,假如對患者的大腦皮層停止電刺激,他們就會喚起特定的記憶。

    這些記憶的上傳凡是與信息的緊縮有關,有點類似我們緊縮電腦文件,以停止持久保存的方式。此前研討者以為,這一進程發生在數天時候內。這類粗線條的熟悉直到5年前才有所改變。那時,利根川進的嘗試室€€€€由日本RIKEN腦科學研討所和麻省理工學院合作組建€€€€操縱先輩的光遺傳學技術,將幾個近乎神話的概念付諸理論。其中之一即是理查德€€西蒙的“記憶痕跡”。西蒙提出,一段記憶會在大腦中留下心理痕跡;而大腦在遭到刺激時,會回放這段記憶。

    在西蒙的概念提出幾十年以後,研討者才了解了神經元經過電脈沖傳遞信息的機制。爾後,研討者破譯了很多在神經元之間傳遞的電信號;並揭露了進修和記憶若何對應于神經元之間突觸的增強。

    但是,還沒有人可以將大腦中某一組特定神經元與某一段特定記憶對應起來。1999年,諾貝爾獎得主弗朗西斯€€克里克把他的聰明才幹轉向了大腦謎題的破解中。他提出,假如想獲得衝破,也許應當用光脈沖來刺激活體動物的單個神經元。“這听上去似乎很難做到,”克里克寫道,“但實在是可行的,份子生物學家可以設想出一種特定的細胞範例,使其對光敏感。”

    就在6年以後的2005年,斯坦福大學的神經生物學家愛德華€€博伊登和卡爾€€代塞爾羅斯就獲得了連他們自己都感應欣喜的衝破,把光遺傳學技術釀成了現實。他們第一次把綠藻所具有的光敏感通道卵白表示在神經元里,發現可以用藍光正確控制活化神經元的時候。

    研討者發現,他們可以用一個病毒作為載體,將一個光敏感通道基因插入單個神經元中。他們還確保了只要那些近期構成記憶的細胞能發生光開關基因;構成記憶的細胞會發生一種稱為“c-fos”的卵白質,是以革新後的基因只能在能發生c-fos卵白的細胞里出現。

    2012年,利根川進的團隊操縱這一光遺傳學技術展現了一段恐懼記憶痕跡的存在。一只小鼠被放置在一個牆壁圖案和地板紋理都非常怪異的“房間”里。不管什麼時辰把小鼠放進去,它城市遭到一陣電刺激。于是,後來只要把它放進這個房間,它就會發生典範的恐懼反應。研討職員還識別出海馬體的一組細胞會自動激活光開關基因,表白這些細胞與記憶的構成有關。

    為了證實這一點,科學家把一條光縴穿過海馬體,瞄準這些細胞。當他們翻開光刺激,即用節律性的藍光刺激海馬體時,小鼠就會出現恐懼反應,就像回放了一遍被放入“可駭房間”的記憶。這是“記憶痕跡”€€€€由數百個細胞組成的地區在遭到刺激時會回放記憶€€€€存在的第一個證據。

    在新的研討中,研討者希望觀察小鼠海馬體的記憶痕跡若何隨時候推移而變化。已經有其他研討提出,大腦皮層的一小塊特別地區€€€€前額葉皮質€€€€能夠是恐懼記憶保存的位置。是以,研討職員采用含有光開關基因的病毒傳染前額葉皮質細胞。

    他們發現了一些風趣的成果。與之前一樣,一旦小鼠對電刺激房間發生恐懼,那這段記憶就會被刺激海馬體的藍光激活並回放。使人驚奇的是,這段記憶還可以由光刺激前額葉皮質細胞而激活。是以,從成果來看,記憶痕跡似乎也同時上傳到了前額葉皮質。“這很使人意外,”利根川進說,“由於這表白大腦皮層的記憶極能夠是在第一天就發生了,而非以往以為的(在幾天里)逐步構成。”

    但是,當這些小鼠被放入電刺激房間,對記憶表示出恐懼時,位于前額葉皮質的那些細胞就變得寂靜了(經過檢查分手腦構造的化學活躍性而知)。只是在幾個星期以後,當小鼠再被放入電刺激房間時,這些細胞才又重新被激活。與此相反的是,此時海馬體的記憶痕跡已經起頭消退。

    是以,當觸及持久記憶的保存時,首先會在前額葉皮質構成一段寂靜的拷貝;在海馬體的記憶痕跡被逐步抹去的同時,這段記憶才被逐步穩固下來。至于穩固持久記憶的身份是什麼,論文第一作者北村隆暗示,這還需要進一步的研討才能肯定。

    穩固記憶的另一個關鍵是前額葉皮質需要同時接收來自海馬體和杏仁核的信息輸入。杏仁核是大腦的情感中樞。當研討職員切斷其中肆意一方的神經信號輸入時(還是采用光控制技術),大腦皮層的記憶就沒法穩固下來。

    那末,這項研討的成果對人類有什麼幫助嗎?盡管我們沒法植入光控制開關,但經過植入微電極來開啟或封閉大腦的特定地區還是能夠的,這就觸及到一種被稱為“腦深層刺激手術”的新技術€€€€已經被用于治療帕金森氏癥等疾病。北村隆希望有一天可以用類似的技術來操縱大腦里的記憶痕跡,“但首先我們需要在小鼠身上把它們描畫出來”。斟酌到腦科學範疇的飛速成長,也許操控人類記憶痕跡的時代已經離我們不遠了。

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