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《自然》:打破傳統認知!塑造記憶不是神經元“專利”,好記性還需要這種細胞

2024-11-10 10:44:35

▎藥明康德內容團隊編輯

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。

人類獨特的大腦讓我們擁有了超群的智慧,但我們對這枚器官仍然瞭解有限。

我們的智慧從何而來?對於大腦結構與功能,我們有了哪些新認知? 我們在生活中做什麼,可以讓大腦更健康?

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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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