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在個體完成學習行為過程中，特定神經元集合會產生同步的腦電訊號活動。它們經歷的持續性變化可以被記錄下來，並形成“印跡”（engram）。這些神經元被再次啟用時，其中的資訊也重新釋放出來，構成了記憶重現的基礎。
目前主流的觀點認為，記憶的形成與回溯只涉及到相關經歷啟用的“印跡”神經元。不過，也有少數研究提出神經元周圍的其他細胞參與了記憶形成，比如星形膠質細胞被認為能夠介導短期記憶形成。小鼠在完成迷宮任務時，部分星形膠質細胞活動會增強。另外還有論文指出，星形膠質細胞能夠調節海馬體和皮層之間的交流，增強長期記憶形成。
來自貝勒醫學院的Benjamin Deneen教授長期研究星形膠質細胞與神經元的聯絡，他和同事已經發現兩者之間存在密切的相互作用，但這些作用是否參與了記憶儲存和重現，又與哪些記憶有關呢？
在本週的《自然》雜誌論文中，Deneen教授和同事確認星形膠質細胞積極參與了學習依賴性的記憶形成，並且星形膠質細胞與神經元之間存在雙向的交流通訊過程，抑制星形膠質細胞會導致記憶形成和回憶障礙。新研究也證明了，記憶並非神經元的專職，神經系統中的支援細胞也能參與其中，這也為具有記憶喪失症狀的疾病（例如）的治療提供了全新方向。
海馬體是支援記憶功能的關鍵腦區，作者嘗試激活了小鼠海馬體齒狀回和CA1區的神經元，結果這一行為讓齒狀回中的星形膠質細胞也跟著活躍了起來，這些細胞中的c-FOS蛋白水平明顯上升，該蛋白對突觸可塑性、記憶依賴行為至關重要。
為了在真實的學習記憶行為中確認兩種細胞的關係，作者讓小鼠參與了一些恐懼情景測試。當小鼠遇到特定場景時會觸發恐懼情緒，行動也逐漸僵持。在經過多次訓練後，小鼠在遇到相同場景時，幾乎立即就會保持不動，這說明小鼠能夠記住該場景，並根據回憶作出反應。
▲學習依賴的記憶行為會啟用星形膠質細胞以及它們的c-FOS蛋白（圖片來源：參考資料[1]）
而在這一過程中，作者同樣觀察到隨著海馬體印跡神經元的活躍，表達c-FOS的星形膠質細胞也會活躍起來。從距離上來說，兩者相隔非常接近，而如果直接啟用星形膠質細胞，也可以刺激印跡神經元的突觸活動以及資訊傳遞。
比如當參與過恐懼測試的小鼠處於一個全新的非恐懼環境時，刺激表達c-FOS的星形膠質細胞也會使得它們的行動僵持，這表明這種記憶回溯同樣可以由星形膠質細胞啟動，這與神經元之間是一種雙相通訊過程。
作者嘗試敲除掉實驗小鼠星形膠質細胞的c-FOS，結果小鼠的長時程增強作用（LTP）顯著減弱，這代表著突觸可塑性以及學習記憶行為受到損傷，這些小鼠對恐懼情景的條件反射也更差。
圖片來源：123RF
除了c-FOS蛋白，作者還發現星形膠質細胞的NFIA蛋白也對記憶非常重要，這種蛋白的缺失也會造成學習記憶的丟失，Deneen教授之前曾發現NFIA參與了記憶相關回路的調節。
這些發現讓我們重新認識了記憶形成以及回憶過程的參與者。除了神經元，星形膠質細胞也是不可或缺的一環。對於記憶喪失的阿爾茨海默病患者，以及記憶反覆重現的創傷後應激障礙患者，他們的星形膠質細胞是否出現了問題？未來，隨著研究者對該問題的探索，全新的治療策略也有望出現，幫助更多相關疾病患者。
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參考資料：
[1] Learning-associated astrocyte ensembles regulate memory recall. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08170-w
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