大多數(shù)記憶會(huì)在幾天或幾周內(nèi)消失，而有些記憶會(huì)持續(xù)數(shù)月，數(shù)年甚至一生。是什么讓某些經(jīng)驗(yàn)在我們的神經(jīng)回路中留下如此長(zhǎng)久的烙印?這是神經(jīng)生物學(xué)中一個(gè)古老的問題，一直沒有得到解決，但是新的證據(jù)指出了令人驚訝的新答案。

在2020年2月10日發(fā)表于《自然神經(jīng)科學(xué)》上的一項(xiàng)研究中，加州大學(xué)舊金山分校的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，老鼠會(huì)迅速學(xué)習(xí)到對(duì)被視為威脅的情況的恐懼反應(yīng)，但要使這種條件反應(yīng)持續(xù)下去，就需要腦細(xì)胞增加其數(shù)量。一種稱為髓磷脂的絕緣材料，可用于增強(qiáng)和穩(wěn)定新形成的神經(jīng)連接。

據(jù)加州大學(xué)舊金山分校的研究人員稱，有關(guān)髓磷脂在學(xué)習(xí)中的作用的持續(xù)研究可能有一天會(huì)導(dǎo)致諸如創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)之類的痛苦的新療法，其中由于其編碼如此緊密而不斷獲取不需要的侵入性記憶在大腦中。

研究作者M(jìn)azen Kheirbek博士說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，一次簡(jiǎn)短的恐懼學(xué)習(xí)經(jīng)歷會(huì)導(dǎo)致大腦髓鞘的長(zhǎng)期變化以及相關(guān)的神經(jīng)生理學(xué)變化，甚至一個(gè)月后就可以發(fā)現(xiàn)。”精神病學(xué)系和UCSF威爾神經(jīng)科學(xué)研究所成員。

他說(shuō)：“研究新的髓磷脂形成在適應(yīng)性和適應(yīng)不良性學(xué)習(xí)中的作用，對(duì)于理解學(xué)習(xí)和記憶的基本機(jī)制以及確定治療情緒和焦慮癥的新靶標(biāo)都是重要的機(jī)會(huì)。”

Kheirbek在UCSF的研究專注于產(chǎn)生情緒和焦慮相關(guān)行為的神經(jīng)回路，他與威爾研究所成員Jonah Chan博士以及神經(jīng)病學(xué)系Debbie and Andy Rachleff杰出教授共同監(jiān)督了這項(xiàng)研究。重點(diǎn)是大腦如何產(chǎn)生髓磷脂，以及為什么它在多發(fā)性硬化癥(MS)中衰退。

髓磷脂在學(xué)習(xí)中發(fā)揮作用的證據(jù)越來(lái)越多

髓磷脂是由稱為少突膠質(zhì)細(xì)胞的腦細(xì)胞在早期發(fā)育過程中形成的，它們將自身包裹數(shù)百次，圍繞著某些關(guān)鍵神經(jīng)元發(fā)出的分支軸突。這形成了一層厚厚的蛋白質(zhì)和脂肪鞘，就像電纜周圍的絕緣體一樣，在連接一個(gè)神經(jīng)元與另一個(gè)神經(jīng)元的神經(jīng)通路中增強(qiáng)和加速了電信號(hào)傳導(dǎo)。

這種絕緣對(duì)于大腦最繁忙的信息高速公路特別重要，例如可以延伸三英尺或更多英尺的高速神經(jīng)纖維，使您的大腦幾乎可以立即控制身體的肌肉。對(duì)該髓磷脂的損害和相關(guān)的肌肉控制喪失是MS的標(biāo)志，但是對(duì)髓磷脂也可能在健康的成年大腦中發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的可能性的關(guān)注相對(duì)較少。

然而，在過去的幾年中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)期學(xué)習(xí)過程中大腦內(nèi)新的髓鞘形成，特別是在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)(例如，小鼠學(xué)習(xí)在復(fù)雜的輪子上行駛)和空間學(xué)習(xí)(小鼠學(xué)習(xí)，以找到前進(jìn)的道路)中到迷宮中的特定位置)。

幾十年來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)知道，學(xué)習(xí)最初取決于大腦通過在神經(jīng)元之間形成新的連接來(lái)自我重排的能力。這些新研究表明，越來(lái)越多的證據(jù)表明，髓磷脂增強(qiáng)和維持這些新連接的能力可能決定了某些記憶的持久性。

強(qiáng)大的髓磷脂可以穩(wěn)定持久性記憶

這項(xiàng)新研究使這些發(fā)現(xiàn)更進(jìn)一步，表明髓磷脂的變化不僅在動(dòng)物的身體運(yùn)動(dòng)中起著關(guān)鍵作用，而且在建立持久的情感記憶中也起著關(guān)鍵作用。

當(dāng)小鼠在具有各種上下文提示的條件調(diào)節(jié)室內(nèi)受到輕度的腳部電擊時(shí)，它們會(huì)迅速學(xué)會(huì)將電擊與這種特定的環(huán)境相關(guān)聯(lián)：當(dāng)它們后來(lái)返回同一室時(shí)，即使沒有電擊，它們也會(huì)凍結(jié)。這被解釋為記住的恐懼的行為表達(dá)。

在他們的新研究中，加州大學(xué)舊金山分校的研究人員確定，以這種方式獲得的腳部震顫記憶伴隨著內(nèi)側(cè)前額葉皮層中髓磷脂形成的增加，髓鞘是長(zhǎng)期記憶形成的重要大腦區(qū)域。

為了測(cè)試這種新的髓磷脂是否是動(dòng)物學(xué)習(xí)所必需的，研究人員用基因工程改造成無(wú)法形成新的髓磷脂的小鼠重復(fù)了該實(shí)驗(yàn)。這些小鼠最初在調(diào)理室內(nèi)凍結(jié)，但與正常小鼠不同，它們的恐懼似乎在一個(gè)月后消失了。研究人員得出結(jié)論，初步學(xué)習(xí)不需要新的髓磷脂形成，但在鞏固和維持長(zhǎng)期恐懼記憶中起特定作用。

由于髓磷脂的作用是增加沿軸突傳遞的信號(hào)的速度和效率，因此髓鞘的變化可能會(huì)影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中重要的電信號(hào)模式。在他們的新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)失去形成新髓磷脂的能力會(huì)長(zhǎng)期改變小鼠前額葉皮層神經(jīng)元的活性。

西蒙·潘(Simon Pan)是UCSF的醫(yī)學(xué)博士/博士課程的研究生，也是新的《自然神經(jīng)科學(xué)》研究的第一作者，概念化并發(fā)起了Chan和Kheirbek實(shí)驗(yàn)室之間的跨學(xué)科項(xiàng)目。

潘說(shuō)：“這項(xiàng)研究是我們對(duì)大腦如何根據(jù)學(xué)習(xí)經(jīng)歷進(jìn)行自我重塑的理解的重大進(jìn)步。”髓磷脂的基本特性是它的穩(wěn)定性，它的獨(dú)特性使其能夠支持人類，小鼠和其他動(dòng)物的持久甚至終身記憶。

了解髓磷脂可塑性有助于PTSD治療

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，加州大學(xué)舊金山分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，小鼠首先接受了抗組胺劑富馬酸氯馬斯汀的治療，這是Chan在2014年發(fā)現(xiàn)的一種潛在的MS治療方法，可通過增加髓磷脂的產(chǎn)生而發(fā)揮作用，該小鼠表現(xiàn)出異常強(qiáng)大的長(zhǎng)期回想條件恐懼記憶。

這項(xiàng)研究的合著者指出，患有PTSD的退伍軍人的磁共振成像(MRI)表明，他們?cè)黾恿舜竽X海馬區(qū)的髓磷脂含量，該區(qū)域與鞏固經(jīng)歷有關(guān)，將其從短期記憶轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)期記憶。

Kheirbek說(shuō)：“這增加了異常髓鞘化可能與PTSD的病理生理有關(guān)的可能性。”“在創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者中觀察到的強(qiáng)烈恐懼反應(yīng)可能與經(jīng)過clemastine治療的髓鞘增多的小鼠表現(xiàn)出的恐懼反應(yīng)增加相當(dāng)。髓磷脂可塑性可能有益于熟練的學(xué)習(xí)，例如彈鋼琴或記住位置，但如果導(dǎo)致對(duì)日常情況持續(xù)的，過于籠統(tǒng)的恐懼反應(yīng)。”

Chan補(bǔ)充說(shuō)：“我們現(xiàn)在看到少突膠質(zhì)細(xì)胞的產(chǎn)生和髓鞘形成的過程在正常的成年人大腦中可能是相當(dāng)動(dòng)態(tài)的。這是一種可塑性，響應(yīng)于經(jīng)驗(yàn)并引起持久的變化。這是一個(gè)非常新的概念，我們正處于探索的初期。”