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痛苦记忆缘何而来?

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寻常小事很容易就忘了,但痛苦的经历可以在大脑中形成挥之不去的伤痛记忆,这是怎样的原理呢?

解释记忆形成的标准假说是“赫布可塑性”(Hebbian plasticity)。它认为,如果一个神经元反复地在激发另一个神经元的过程中出了力,那么二者就会经由代谢过程而连接在一起,让激发过程越来越顺畅,变得“熟能生巧”。这个假说经常被不严格地概括成“一起激活,一起联”(Cells that fire together, wire together)。

现在,一项探寻伤痛记忆如何形成的新研究发现,不愉快的经历果然会改变大脑的神经元连接——但比赫布设想的更加复杂,不但有神经元相互作用,还有去甲肾上腺素的参与。

来自日本RIKEN脑科学研究所的约书亚·约翰森(Joshua Johansen),纽约大学的的洛伦佐·马塔克斯(Lorenzo Diaz-Mataix)和约瑟夫·勒杜(Joseph LeDoux)组成的研究团队,设计了一个动物实验,他们将不快的经历转化成信号,通过改变大脑杏仁核部分的神经连接,诱发恐怖记忆的形成,并对赫布可塑性假说进行了测试。研究论文近期发表于《美国国家科学院学报》(PNAS)上。

利用不完整的大脑组织开展的前期实验已证实了形成记忆可加强神经元之间的连接这一过程,但尚未就活体动物的记忆形成进行测试。该研究团队直接利用动物实验测试了储存恐怖记忆的神经元的电激发对于记忆形成是否必要, 以及电激发是否足以触发神经连接与记忆的形成。

研究人员利用光遗传学技术压制了大脑中储存恐怖记忆的杏仁核区域的电信号,之后让实验动物学习将声音与温和的电击关联起来。这个过程得出的结论与赫布理论相符,压制电信号能够减少记忆的形成并抑制听觉神经元与杏仁核细胞之间的连接强化过程。

实验发现,如果不用电击,换成对杏仁核神经元进行光激发,实验动物则无法将这种刺激和声音关联起来。但令人惊讶的是,这一学习过程在神经调控细胞表面去甲肾上腺素受体被活化的同时可以得到恢复。上述结果显示赫布机制的确重要,但不足以解释记忆的形成。记忆形成的过程需要去甲肾上腺素的同步激活。

示意图显示了在记忆形成中去甲肾上腺素的重要性。压制电信号可以减少了记忆的形成并抑制了听觉神经元与杏仁核细胞之间的连接强化过程(A)。将电击换成对杏仁核神经元进行光激发,动物则无法将声音与刺激关联起来(B)。恢复细胞表面受体的神经调节物质(去甲肾上腺素)可实现上述关联(C)。

约翰森说:“这项研究是第一个针对赫布可塑性假说的活体测试,研究结果支持该假说的一般前提,但也提示了其他因素,如去甲肾上腺素的至关重要的作用。” 这项工作为理解那些让人反感的体验(比如,被狗袭击)是如何被大脑转化成恐怖记忆提供了新的视角,这可能也是大脑其它区域调控记忆形成的普遍机制。从更广的角度来说,对恐怖记忆精确控制的能力有助于临床上对恐惧焦虑症或创伤后应激障碍的病情进行控制与治疗。

原文检索:

Joshua P. Johansen, Lorenzo Diaz-Mataix, Hiroki Hamanaka, Takaaki Ozawa, Edgar Ycu, Jenny Koivumaa, Ashwani Kumar, Mian Hou, Karl Deisseroth, Edward Boyden and Joseph E. LeDoux. Hebbian and neuromodulatory mechanisms interact to trigger associative memory formation. PNAS, November 7, 2014; DOI:10.1073/pnas.1421304111

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