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用光操纵记忆?

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最近,加州大学戴维斯分校神经科学中心和心理学系的研究人员,利用光消除了小鼠脑中的特定记忆,并证明了一个关于“大脑不同部分如何共同工作来检索情景记忆”的基本理论。相关研究结果发表在最近的《Neuron》杂志。

光遗传学(Optogenetics),是斯坦福大学Karl Diesseroth首创的一种新技术,利用光来操纵和研究神经细胞。光遗传学技术正迅速成为研究脑功能的标准方法。

加州大学戴维斯分校的Kazumasa Tanaka、Brian Wiltgen和同事们,应用这一技术来检测长久以来关于记忆提取(memory retrieval)的一个想法。Wiltgen说,大约40年来,神经学家认为,检索情节记忆——关于特定地点和事件的记忆,涉及到大脑皮层和海马体(大脑深处的一个小的结构)之间的协调活动。

Wiltgen说:“该理论认为,学习涉及到皮质中的处理过程,海马体在检索过程中产生这种活动模式,让你重新体验这些事件。”如果海马体受损,患者就会失去几十年的记忆。

但是这种模式已经很难直接检测,直到光遗传学的到来。

Wiltgen和Tanaka使用转基因小鼠,当其神经细胞被激活时,会发出绿色荧光,并表达一个蛋白,该蛋白可使细胞被光关掉。因此,他们能够完全遵循大脑皮层和海马体中哪些神经细胞被激活来学习和记忆检索,直接通过光纤电缆的光来关闭它们。

他们训练小鼠,将其放置在一个笼子里,给予一次轻微的电击。通常情况下,放置在一个新环境中的小鼠,将用鼻子触嗅周围和探索。但是,当它们被放置在一个之前受到过电击的笼子里时,它们就冻结在一种“恐惧的反应”当中。

Tanaka和Wiltgen首次表明,他们可以标记参与学习的细胞,并表明它们能够在记忆恢复期间被重新激活。然后,他们能够关闭海马体中的特定神经细胞,表明小鼠失去了不愉快事件的记忆。他们也能够证明,关闭海马体中的其他细胞,并不影响那些记忆的检索,并跟循来自海马体的纤维,到达大脑皮层的特定细胞。

Wiltgen说:“大脑皮层并不能单独做到这一点,它需要来自海马体的输入。很长一段时间以来,这一直是我们领域的一个基本假定,Kazu的数据首次提供直接证据证明这是真的。”

他们还可以看到,大脑皮层中的特定细胞如何连接到杏仁核——大脑中参与情绪和产生冻结响应的一个结构。

原文检索:

Kazumasa Z. Tanaka, Aleksandr Pevzner, Anahita B. Hamidi, Yuki Nakazawa, Jalina Graham, Brian J. Wiltgen. Cortical Representations Are Reinstated by the Hippocampus during Memory Retrieval. Neuron, October 09, 2014; DOI:10.1016/j.neuron.2014.09.037

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