麻省理工学院神经科学家挑战内存整合的标准模型

神经学家质疑记忆巩固的标准模型

这张图片显示了记忆印记细胞(绿色和红色),它们对前额叶皮层的永久记忆存储至关重要。

新研究麻省理工学院揭示了记忆在海马体和大脑皮层的长期存储位置同时形成。

当我们拜访朋友或去海滩时,我们的大脑在叫做海马的大脑中的一部分经验的短期记忆。这些记忆后来“巩固” - 即转移到大脑的另一部分以进行长期储存。

这是一个新的麻省理工学院的神经电路,该过程首次揭示了在大脑皮层中的海马和长期存储位置中同时形成的存储器。然而,在达到成熟状态之前,长期记忆仍然“沉默”约两周。

“这篇论文中的其他发现为记忆的巩固提供了一个全面的回路机制,”皮科威尔生物学和神经科学教授、皮科威尔学习与记忆研究所(Picower Institute for Learning and memory) RIKEN-MIT神经回路遗传学中心(RIKEN-MIT Center for Neural circuit Gyabo124enetics)主任、该研究的资深作者尖川进(Susumu Tonegawa)说。

调查结果出现在杂志上科学据研究人员说,这可能会迫使记忆巩固的主要模式进行一些修正。

本文的牵头作者是研究科学家Takashi Kitamura,Postdoc Sachie Ogawa,以及Dheeraj Roy的研究生。其他作者是Postdocs Teruhiro Okuyama和Mark Morrissey,技术助理莱利史密斯,以及前博士罗杰·雷德多。

长期储存

从20世纪50年代开始,对着名燕恩病患者亨利莫拉米森的研究只知道患者H.m.,揭示了海马对于形成新的长期记忆至关重要。Molaison,其海马在操作期间损坏的是有助于控制他的癫痫发作,不再能够在操作后存储新的记忆。但是,他仍然可以访问在手术前形成的一些记忆。

这表明,长期的情景记忆(特定事件的记忆)储存在海马体之外。研究人员认为,这些记忆储存在大脑的新皮层中,这部分大脑也负责注意力和计划等认知功能。

神经科学家已经开发出两种主要模型来描述如何从短期转移到长期记忆。最早的,被称为标准模型,提出了最初仅形成并储存在海马中的短期记忆,然后在逐渐转移到Neocortex中的长期储存并从海马消失。

最近的一个模型,多重痕迹模型,表明情景记忆的痕迹仍然存在于海马体中。这些痕迹可能储存了记忆的细节,而更一般的轮廓则储存在新大脑皮层中。

直到最近,一直没有良好的方法来测试这些理论。最先前的记忆研究是基于分析某些大脑区域的损害如何影响记忆。但是,在2012年,Tonegawa的实验室开发了一种标记称为Engram单元的标签的方法,其中包含特定的存储器。这允许研究人员跟踪内存存储和检索中涉及的电路。它们还可以通过使用光源,一种技术来人为地重新造成记忆,这是一种允许它们使用光线或关闭靶细胞的技术。

在新的科学研究,研究人员使用这种方法在恐惧调节事件期间用这种方法来标记小鼠中的存储器单元 - 即当鼠标处于特定腔室时递送的温和电击。然后,它们可以使用光在不同时间人工重新激活这些存储器单元,并看出该重新激活是否激发了从小鼠(冻结到位)的行为响应。研究人员还可以确定当小鼠放置在腔室中发生小鼠时,哪些记忆细胞有效,其中促使它们自然地召回记忆。

科学家们在大脑的三个部分中标记了内存细胞:海马,前额外皮质和基底间Amygdala,它存储了记忆的情绪协会。

在恐惧调理活动之后的一天,研究人员发现事件的记忆储存在海马和前额外皮层中的脑细胞中。然而,前额叶皮质中的脑细胞是“沉默” - 它们可以在用光人工激活时刺激冻结行为,但它们在自然记忆召回期间没有射击。

“前额叶皮层已经包含了特定的记忆信息,”北村说。“这与记忆巩固的标准理论相反,标准理论认为,记忆是逐渐转移的。记忆已经在那里了。”

在接下来的两周内,前额叶皮质中的静音记忆细胞逐渐成熟,如其解剖和生理活性的变化所反映,直到细胞成为动物所必需的,自然回忆起事件。到同一时期结束时,海马抗脑电池变得沉默,不再需要自然召回。然而,剩余的记忆迹线:重新激活那些用光的细胞仍然促使动物冻结。

在基石运动Amygdala中,一旦形成了存储器,在实验过程中,Engron电池保持不变。那些唤起与特定存储器相关的情绪所必需的细胞,与海马和前额叶皮质的脑细胞连通。

理论修正

研究结果表明,传统的整合理论可能不准确,因为在训练当天在前额外皮质和海马中迅速且同时形成记忆。

“它们是平行形成的,但从那里开始,它们会走不同的路。前额叶皮层变得更强,海马体变得更弱,”莫里西说。

“本文清楚地表明,从去的情况下,倾向于前额外的皮质,”多伦多病患者医院神经生物学实验室的主要调查员Paul Frankland说,该研究没有参与该研究。yabo124“这挑战了将存储器迹线从海马移动到皮质的概念,并且使得这些电路同时与这些电路接合在一起。作为记忆年龄,在召回存储器的平衡中存在偏移。“

需要进一步的研究来确定记忆是否完全从海马细胞中褪色,或者是否仍然存在一些痕迹。目前,研究人员只能监控Engron电池大约两周,但他们正在努力调整他们的技术来工作更长的时间。

KITAMURA表示,他认为一些内存可能无限期地留在海马中,存储仅偶尔检索的细节。“为了区分两个类似的剧集,这种沉默的盲人可以重新激活,人们即使在非常远程的时间点也可以检索详细的情节内存,”他说。

研究人员还计划进一步调查预先转移的皮质盲人成熟过程的发生。本研究已经表明,前额叶皮质和海马之间的通信是至关重要的,因为阻止连接那两个区域的电路阻止了皮质存储器单元正确成熟。

该研究由Riken脑科学研究所,Howard Hughes Medical Institute和JPB基金会资助。

出版物:Takashi Kitamura,等,“Engrons和Circuits对系统整合至关重要的记忆”,Science 2017年4月7日:卷。356,第6333页,第73-78页;DOI:10.1126 / science.AAM6808

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