發(fā)布時(shí)間：2020-02-26
作者：彭海蓉（中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心）
大家好，我是小膠質(zhì)細(xì)胞，英文名microglia，家住大腦和脊髓，我是個(gè)吃貨。
你問我大腦里能有啥好吃的？
可多了，我平常吃些死亡細(xì)胞的碎片，加工錯(cuò)了的沒用的蛋白質(zhì)，遇到有細(xì)菌入侵的時(shí)候我也會(huì)吃細(xì)菌。
除了這些，我平常還有個(gè)很重要的工作就是"吃"記憶。這不，我前幾天吃記憶的時(shí)候被人類科學(xué)家抓個(gè)正著，還被拍了照，甚至還被錄了像。就是下面這幾張照片，A、B、C這三張圖里面綠色的就是我，紅色的syn和PSD95就是神經(jīng)元的"皮"，它們可以形成
不僅如此，科學(xué)家還拍到了我"吃"記憶的現(xiàn)場，當(dāng)我的嘴咬到神經(jīng)元時(shí)，被抓了個(gè)正著！
記憶也能被吃掉，童話變現(xiàn)實(shí)？
記憶雖然是無形的，但是記憶的儲(chǔ)存是有物質(zhì)基礎(chǔ)的。
早在大約40年以前，科學(xué)家米爾納（B. Milner）就通過損毀腦區(qū)的方法發(fā)現(xiàn)長期記憶的儲(chǔ)存是依賴海馬（hippocampus）和內(nèi)側(cè)顳葉（medial temporal lobe）腦區(qū)。
同時(shí)，科學(xué)家將記憶分兩種，陳述性記憶（declarative memory）和非陳述性記憶（nondeclarative）。
陳述性記憶主要是指對(duì)人、事、物、位置的記憶，需要意識(shí)的，所以不僅僅依賴海馬腦區(qū)，也依賴于相鄰的大腦皮層。
非陳述性記憶是指對(duì)感覺和運(yùn)動(dòng)的記憶。不需要意識(shí)的參與，因此這類記憶大多存在于小腦、紋狀體和杏仁核腦區(qū)。無脊椎動(dòng)物體內(nèi)也存在非程序性記憶，就是我們常說的反射。
科學(xué)家用無脊椎動(dòng)物海兔進(jìn)行了一系列行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)非陳述性記憶可以儲(chǔ)存在很簡單的神經(jīng)連接——即突觸之中，并不需要特化的存儲(chǔ)信息的神經(jīng)元。突觸連接的短期增強(qiáng)主要是依靠神經(jīng)遞質(zhì)釋放的改變實(shí)現(xiàn)的，就像人在應(yīng)激狀態(tài)下瞬間分泌大量腎上腺素是人體的運(yùn)動(dòng)功能增強(qiáng)而躲避危險(xiǎn)。而長期增強(qiáng)依賴于神經(jīng)細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成過程。這是由于長期記憶需要形成新的突觸結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)就類似于磚塊，可以用來建造突觸。如果用藥物如異霉素等阻斷蛋白質(zhì)的合成過程則會(huì)阻斷長期記憶的形成，這也是科學(xué)家用來造健忘癥模型的基本原理。
那陳述性記憶是如何儲(chǔ)存的呢？
陳述性記憶是很復(fù)雜的，需要邏輯和意識(shí)，所以肯定是有一群細(xì)胞相互協(xié)作來編碼的?？茖W(xué)還家做了一系列實(shí)驗(yàn)找到了存儲(chǔ)特定記憶的細(xì)胞——印記細(xì)胞（engram cells）。
簡單來說是這樣的：神經(jīng)元被激活后會(huì)表達(dá)一種特殊的蛋白（c-fos蛋白）。因此科學(xué)家改造了一種小鼠，這種小鼠的神經(jīng)元被激活之后會(huì)產(chǎn)生一種帶熒光的蛋白質(zhì)ChR2-EYFP?？茖W(xué)家們只需要讓這種小鼠做一些行為，在完成這些行為的過程中被激活的細(xì)胞就會(huì)被帶上熒光標(biāo)記，這些就是針對(duì)這一行為的印記細(xì)胞。
如何證明我"吃"掉的就是記憶細(xì)胞？
接下來你們一定要問這個(gè)實(shí)驗(yàn)只能說明這些被標(biāo)記上的細(xì)胞在這個(gè)行為下被激活了，怎么能說它們就是記憶細(xì)胞呢？
上述實(shí)驗(yàn)中，在小鼠特異腦區(qū)注射的熒光蛋白ChR2是一個(gè)可以被光激活的蛋白，這就像一個(gè)光控開關(guān)，只要打開473nm激光就可以激活有ChR2-EYFP的神經(jīng)元。
實(shí)驗(yàn)人員先對(duì)小鼠進(jìn)行恐懼記憶訓(xùn)練，具體操作是，先將小鼠放進(jìn)一個(gè)藍(lán)色盒子里適應(yīng)24小時(shí)，再將小鼠放進(jìn)一個(gè)紅色盒子里，并同時(shí)電擊它，電擊24小時(shí)，被電擊的小鼠害怕的時(shí)候會(huì)趴著一動(dòng)不動(dòng)，因此用小鼠不動(dòng)的時(shí)間來代表它的害怕程度，通過恐懼訓(xùn)練讓小鼠將電擊與紅色盒子聯(lián)系起來。之后只要把小鼠放在紅盒子里，它就能想起被電擊的經(jīng)歷，一想起來就嚇得不敢動(dòng)。如果把小鼠放在藍(lán)盒子里，它不會(huì)想起被電擊的經(jīng)歷，因此不會(huì)害怕。
但是，將小鼠放進(jìn)藍(lán)盒子里，同時(shí)用473nm的激光激活它被標(biāo)記的神經(jīng)元，那么小鼠在藍(lán)色盒子里不動(dòng)的時(shí)間就會(huì)增加，代表小鼠想起了被電擊的經(jīng)歷。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)就說明了引起恐懼的記憶確實(shí)是儲(chǔ)存在被熒光標(biāo)記上的細(xì)胞中，且只要神經(jīng)元被激活就可以喚起這個(gè)記憶。
"吃"掉記憶，是為了更好的記住
好不容易產(chǎn)生的記憶，為什么要"吃"掉呢？其實(shí)，我們"吃"掉的都是某些類型的記憶。
"吃"掉舊的記憶幫助新"新"的記憶形成。其實(shí)，在小鼠胚胎發(fā)育的時(shí)候，我們小膠質(zhì)細(xì)胞還會(huì)分泌一些神經(jīng)營養(yǎng)因子來促進(jìn)突觸的形成。在發(fā)育過程中，主人總是接收各種各樣的信息和感覺刺激，形成很多突觸，但是有些突觸會(huì)經(jīng)常使用，有些是只用過一兩次就不用了，放在那很浪費(fèi)資源。這時(shí)候我們小膠質(zhì)細(xì)胞就會(huì)找到不常用的突觸并把它吃掉，這樣就能節(jié)約很大一部分資源。
記憶儲(chǔ)存的海馬腦區(qū)在成年之后還在不斷地產(chǎn)生新生的神經(jīng)元，這些新生的神經(jīng)元需要加入已經(jīng)存在的神經(jīng)元形成的網(wǎng)絡(luò)之中才能發(fā)揮作用。在這個(gè)過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞不僅能夠通過吞噬和分泌細(xì)胞因子清除已有的突觸結(jié)構(gòu)，還可以通過分泌一些神經(jīng)營養(yǎng)因子（如BDNF）來促進(jìn)突觸的形成，從而增強(qiáng)
"吃"掉不想要的記憶能更好的幫助遺忘。人一直在遺忘，之前的研究認(rèn)為遺忘主要是神經(jīng)元來負(fù)責(zé)的。一些印記細(xì)胞總是不被激活，記憶的保質(zhì)期到了這部分神經(jīng)元就慢慢的被降解了。或者激活了遺忘細(xì)胞，遺忘細(xì)胞通過分泌一些物質(zhì)促進(jìn)了遺忘的過程。
現(xiàn)在，也就是開頭我被偷拍的那些照片證明我們小膠質(zhì)細(xì)胞在記憶的遺忘過程中也是十分重要的。
研究過程發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練之后，實(shí)驗(yàn)者在第5天可以記住大約70%的內(nèi)容，第35天的時(shí)候?qū)嶒?yàn)者只能記住20%的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)過程中，如果用毒素（DTR/DT,PLX）"殺死"小膠質(zhì)細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)者在第35天的時(shí)候卻能記住5%0-60%的內(nèi)容。這個(gè)實(shí)驗(yàn)就說明了我們小膠質(zhì)細(xì)胞能促進(jìn)遺忘的過程。
研究者用米諾環(huán)素（minocycline）把我們小膠質(zhì)細(xì)胞"嘴巴"封住，這樣我們沒法"吃掉"神經(jīng)元，那么實(shí)驗(yàn)者在第35天的時(shí)候還是能記住50%-60%，這就說明我們通過吞噬的功能實(shí)現(xiàn)來促進(jìn)遺忘。
看吧，說到這你們應(yīng)該相信我能吃記憶了吧！嗯，真香！
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