一项由哥伦比亚大学祖克曼研究所的科学家在《神经元》杂志上发表的，对老鼠的新研究中，科学家们阐明了大脑是如何形成持久记忆的？
神经元插图（来源：Science）
大家或许都知道对记忆至关重要的是大脑中的海马体，海马体是大脑深处一个很小的海马状区域，是学习和记忆的重要中枢。它架起了跨越时间的桥梁，通俗点说就是连接了记忆中的每个联系的点，使之形成持久联系。这听起来似乎很简单，但实际上是一系列活动的复杂构成，而随着时间的推移，也有助于大脑学习关联。
通过揭示关联学习背后的潜在回路，这些发现为更好地理解焦虑、创伤和压力相关疾病(如恐慌和创伤后应激障碍)奠定了基础。
哥伦比亚大学Mortimer B. Zuckerman大脑行为研究所的首席研究员Attila Losonczy博士说：“我们知道海马体在学习的过程中是很重要的，这种学习包括将两个相隔10到30秒的事件联系起来，通过对老鼠的研究，我们绘制出了大脑进行的复杂计算的图谱，以便将时间上分离的不同事件联系起来。”
在老鼠身上进行的实验表明，海马体的破坏会使老鼠在学习将两个相隔几十秒的事件联系起来时遇到困难。“海马体中的细胞保持一定程度的持续活动，以关联这些事件，关闭这些细胞会扰乱学习。”哥伦比亚大学瓦杰洛斯外科医生学院临床精神病学助理教授艾哈迈德博士说。
为了验证这一传统观点，研究人员让老鼠接受两种不同的刺激:一种是中性的声音，接着是一小股令人不快的空气。15秒的延迟将两个事件分开。科学家们在几次试验中重复了这个实验。随着时间的推移，老鼠学会了将音调与即将到来的一阵风联系起来。利用先进的双光子显微镜和功能性钙成像技术，他们记录了在每次试验过程中，动物海马中数千个神经元(一种脑细胞)连续许多天的活动。
计算神经学家Stefano Fusi博士说，“我们希望看到在15秒的间隙中持续的重复的、连续的神经活动，这表明海马体在起作用，将听觉和空气吹气联系起来。”“但当我们开始分析数据时，我们没有看到这样的活动。”
相反，记录在15秒间隔期间的神经活动是稀疏的。只有一小部分神经元被激活，而且似乎是随机的。这种零星的活动与大脑在其他学习和记忆任务(比如记住一个电话号码)中显示的连续活动明显不同。
最终，研究人员在随机性中发现了一种模式:一种心理计算的方式，似乎是一种非常有效的神经元存储信息的方式。神经元并没有持续地相互交流，而是通过在细胞间的连接(称为突触)中编码信息来节省能量，而不是通过细胞的电活动。
“从新陈代谢角度来说，这不是存储信息的最有效方式，大脑似乎有一种更有效的方式来建立这个桥梁，我们怀疑这可能涉及改变突触的强度。”弗西博士说。
除了帮助绘制与联想学习有关的回路，这些发现还为更深入地探索与联想记忆功能障碍有关的障碍提供了一个起点，比如恐慌和创伤后应激障碍。
哥伦比亚大学祖克曼研究所Losonczy实验室成员艾哈迈德博士说：“虽然我们的研究没有明确地模拟这两种疾病的临床症状，但它可以提供大量信息，例如，它可以帮助我们模拟当病人经历两个事件之间的可怕关联时，大脑可能发生的某些方面，而这两个事件对其他人来说不会引起恐惧或恐慌。”
故事来源:
Materials provided by The Zuckerman Institute at Columbia University.
期刊引用：
Mohsin S. Ahmed, James B. Priestley, Angel Castro, Fabio Stefanini, Elizabeth M. Balough, Erin Lavoie, Luca Mazzucato, Stefano Fusi, Attila Losonczy. Hippocampal network reorganization underlies the formation of a temporal association memory. Neuron, 2020 [link]
