诺奖得主Science发表最新成果

2014-1-24 10:59 来源: 生物通
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  假如你听到轮胎打滑的声音,然后就发生了车祸。那么下次再听到这样的声音,你可能就会因为可能发生的车祸而害怕。这说明大脑通过某种方式将两种记忆关联起来,使原本无害的声音能够引起恐惧心理。

  MIT的神经学科学家在一月二十三日的Science杂志上发表文章,向人们展示大脑中两个重要神经回路的相互作用,控制了上述记忆的形成。文章的资深作者是Picower学习与记忆研究所的利根川进(Susumu Tonegawa)教授,他因为“发现抗体多样性的遗传学原理”获得了1987年的诺贝尔生理学或医学奖。利根川进教授是日本首位诺贝尔医学奖得主,也是极少数“独得”该奖项的科学家。

  据利根川进教授介绍,这两个回路的相互作用非常重要,它们让大脑在过于害怕和过于大意之间保持平衡,以免对突然出现的威胁猝不及防。

  连接记忆

  情景记忆包含三个要素:事物、地点和时间。要使大脑的海马体形成这样的记忆,就需要将这三种要素关联起来。

  为了形成情景记忆,海马体需要与它外面的大脑皮层沟通,即内嗅皮层。内嗅皮层负责从大脑的感觉加工区域接收信息(例如视觉和听觉),再将信息发送到海马体。

  此前有研究揭示了大脑关联地点与事物记忆的机制。当动物处于特定位置,或者回忆这一地点时,海马体的特定神经元(place cell)就会激活。但迄今为止,人们并不清楚大脑关联事物和时间记忆的机制。

  2011年,利根川进的实验室鉴定了,小鼠关连两个记忆(间隔二十秒发生的声音和温和电击)所必需的回路。这一回路联系着内嗅皮层的第三层与海马体的CA1区域。当研究人员破坏这一单突触回路时,小鼠就无法学会害怕与电击相关的声音。

  在这项新研究中,研究人员发现了抑制上述单突触回路的新回路。这一信号始于利根川进实验室发现的一种兴奋性神经元,这些神经元在内嗅皮层第二层形成圆形细胞簇,因此被称为island细胞。这些细胞能够刺激CA1中的抑制性神经元,对单突触回路激活的CA1兴奋性神经元进行抑制。

  解码回路

  光遗传学技术可以控制特定神经元群体的开关,研究人员通过这一技术展示了上述两种回路的相互作用。

  对于正常小鼠来说,能够关联起来的事件只能间隔二十秒左右。但研究人员通过增强第三层细胞的活性,或者抑制第二层island细胞,延长上述时间窗口。反过来,他们也可以通过抑制第三层细胞或者刺激第二层的island细胞,下调CA1的活性,缩短这样的时间窗口。

  研究人员推测,调节CA1活性可以拉长声音记忆的存在时间,使电击发生时声音记忆依然存在,以便两种记忆相互关联。他们现在正在研究,在声音与电击发生的间隙,CA1是否一直保持活跃。