摘要
如果我们走在曾经被狗咬过的街道上，我们会感到恐惧。这是因为我们的大脑非常善于建立联想。在大脑的信息存储中，街道和狗咬伤联系在一起。我们的大脑甚至可以永远记住这个连接!但是，记忆的寿命是如何调整的呢?恐惧的经历会留下痕迹，并被记录在大脑中的一小群神经元中。每个记忆都有自己的一组神经元，由不同类型的细胞组成。在实验室里，我们进行了一些实验来改变这些组中的神经元数量。根据我们的研究结果，在大脑中一个叫做海马体的特定部位，一组神经元的数量对记忆很重要。增加神经元可以改善记忆，而去除神经元则会加速遗忘。 A special type of neuron in the brain controls the size of these groups. We think that this process regulates the lifetime of memories.
记忆储存在我们的大脑里
我们的大脑是由叫做神经元的脑细胞组成的小迷宫。人脑由大约1000亿个神经元组成。如果神经元像一粒沙子那么大(实际上它们要小得多!)，我们可以用一个人脑的神经元装满大约8500个汽水罐。神经元的工作是在细胞之间传递信号。我们的每个神经元都有大约10,000个机会与邻近的神经元形成连接。并不是所有的神经元都一样。虽然一些神经元向其他细胞发送信号，告诉它们要活跃起来，但另一些神经元可以抑制它们的邻居，阻止它们发出信号。作为研究人员，我们对大脑如何使用这种复杂的神经元迷宫来运作和保存记忆很感兴趣。我们开始认识到，只有位于大脑某些部位的一些神经元承载着对人物、事实和地点的记忆，这些记忆决定了我们每个人的历史。
不同类型的记忆
我们有能力形成两种不同类型的持久记忆。首先，我们可以学习某些动作，如说话、骑自行车或演奏乐器，我们将永远记住如何做这些事情。我们学习这些动作的方式是让我们无意识地重复它们，这意味着我们可以执行这些动作，而不需要思考它们来记住它们。然而，其他类型的记忆需要一种叫做有意的东西回忆．这意味着我们需要思考这些事情来记住它们。这种记忆形式的例子包括我们一年级老师的名字，单词的意思，或者我们被狗袭击的街道。
通过联想学习
在我们的实验室里，我们研究那些我们可以有意识地回忆起来的记忆。在我们的日常生活中，我们经常通过一个叫做联想的过程来形成这种记忆。联想学习最早是由一位名叫伊万·巴甫洛夫的俄罗斯科学家研究的。巴甫洛夫在给饥饿的狗喂肉之前，先给它们播放咔哒咔哒的声音。他注意到，当他第一次给狗喂肉时，它们会分泌唾液(就像我们所有人一样，为消化食物做准备)。但狗狗不会仅仅因为咔哒声就分泌唾液(它们没有理由这么做)。然而，在发出咔哒声并多次给狗肉后，狗在得到食物之前就开始对咔哒声做出反应。这是因为狗学会了咔哒声和肉之间的联系，尽管这两件事之前对它们来说是不相关的。大多数动物(包括蜜蜂、海蛞蝓和老鼠)都有这种通过联想学习的形式，当然，人类也有。走在某条街上会让你感觉完全正常，直到有一天你在那条街上被狗咬了。 From that moment on and for a long time into the future, you will feel fear when you walk down that street because you associate that place with the pain caused by the fierce dog.
大脑中有一个叫做海马体的区域是记忆的诞生地
在街上被狗咬是我们在实验室研究的记忆的一个很好的例子。我们利用老鼠强大的记忆能力训练它们害怕危险的地方(比如有凶猛狗的街道)，或者喜欢更安全的地方(一条不同的、安静的街道)。训练几天后，老鼠告诉我们，即使危险不再存在，它们也会通过表现出恐惧来记住可怕的地点(就像我们即使看不到狗也会害怕街道一样)。如果老鼠被放在一个不同的、“安全”的地方，它们就不会表现出恐惧。前段时间，人们发现这种恐惧记忆是在大脑的一个特定部位产生的，这个部位叫做海马体海马体得名于它的海马形状(海马体是科学家给一种叫海马的小型热带鱼起的名字)[1］．不幸的是，我们有几个人的例子，他们在事故或疾病后，海马体(或海马，因为我们的大脑两边各有一个海马体)受到了严重的损伤。海马体受损会让人无法形成新的记忆;因此，他们会失忆失忆，你可能听说过。此外，阿尔茨海默病会导致海马体神经元死亡，损害对近期事件的记忆能力，并导致渐进性记忆丧失。
并非一次全部:每个记忆都有一小群神经元
那么，当老鼠学会记住一个可怕的位置时，海马体中发生了什么?海马体中一个特定部位的一小部分神经元叫做齿状回变得活跃。在齿状回中，神经元通常非常安静，但当小鼠探索一个新位置时，其中一小群神经元(齿状回中不到10%的神经元)表现出高水平的活动。在实验室里，我们可以识别这些神经元(图1)．有趣的是，当小鼠探索新位置时，齿状回中活跃的一小群神经元并不总是相同的。如果第二天，老鼠去探索一个不同的地方，另一组神经元就会变得活跃。2］．在这种情况下，每一个被探索的新位置都会激活一组特定的神经元。
- 图1
- 一个。海马体的位置显示在老鼠大脑的漫画中，下面是老鼠大脑的显微镜图像，海马体被染成绿色(右下角的白色条代表1毫米)。方形白点内的区域是齿状回，在B,C中显示得更大。在齿状回中，当小鼠从静息状态恢复时，一小部分神经元会变得活跃B。要积极探索新的地点C。使用实验室技术，活跃的神经元开始发出绿光(绿色圆圈在B, c的下部)，可以与保持黑暗的不活跃神经元(白色圆圈)区分开来。
用光控制神经元
但是这些被激活的神经元群有什么好处呢?为了回答这个问题，世界各地的许多实验室都使用了光遗传学技术，这种技术允许科学家通过对神经元闪烁来打开或关闭神经元的活动。光遗传学是实验室技术和激光的结合。实验室技术涉及特殊的光敏蛋白质(类似于我们眼睛中的蛋白质)，这些蛋白质经过修饰后被放入神经元中。在这些神经元上闪烁的光会改变它们的电特性，使它们活跃或不活跃，“打开”或“关闭”[3.］．这被称为光遗传开关，通过闪光来打开或关闭神经元。
操纵记忆
科学家利用光遗传学来研究记忆。他们将光遗传开关放入老鼠体内活跃的一小群神经元中，这些神经元学会了恐惧某个特定的位置。几天后，当老鼠回到那个位置时，它们用这个开关让那组神经元安静下来，或者用光“关闭”。当他们这样做时，老鼠在可怕的地方没有表现出恐惧，这意味着它们无法记忆，就好像记忆被抹去了一样。4] !如果没有在记忆形成过程中活跃的一小群神经元，回忆就不可能发生。图2)．不知为何，恐惧的经历在大脑中留下了持久的印记，特别是在海马体的那一小群神经元中。这个印记，科学家称之为记忆的痕迹是什么让老鼠(和我们!)储存记忆，并使未来的回忆成为可能。
- 图2
- 老鼠学会了将某个特定的位置与可怕的刺激(例如，一只猫)联系起来。一周后，当他们回到相同的位置时，他们会表现出恐惧，因为他们记得那次可怕的经历。当老鼠第一次看到猫时活跃的同一组神经元必须重新激活才能产生记忆。如果这些神经元被沉默(关闭符号)，老鼠就无法回忆起笼子里发生的事情，也不会在看到猫的地方表现出恐惧。
为什么只有几个神经元的记忆?
令我们困惑的是，为什么这个印痕只由少数几个神经元形成。记住，海马体齿状回中每10个神经元中只有不到1个参与特定记忆的存储!这是否与特定记忆在大脑中存储的时间有关?为了开始回答这些问题，我们使用光遗传学来稍微改变印痕中的神经元数量。我们发现，在印痕中添加一些神经元可以使小鼠更长时间地记住可怕的位置，但较少的神经元会削弱记忆。所以，印记中的神经元数量显然对记忆很重要!但是，大脑是如何控制参与特定记忆的神经元数量的呢?
抑制性神经元规则
在大脑中，我们有不同类型的神经元。在海马体中，大多数神经元都是兴奋性的。兴奋性神经元会增加与其接触的其他神经元的活动。但在海马体中也有一小部分抑制性神经元。当它们活跃时，抑制性神经元告诉其他神经元保持沉默和不活跃(图3一)．如果没有抑制性神经元，我们的大脑就会有太多的活动，无法正常工作。一些抑制性神经元与大量其他神经元接触。当我们更详细地观察时，我们发现印痕中的大多数神经元是兴奋性的，但一小部分是抑制性的。我们立刻想到抑制性神经元可能控制着印痕中神经元的数量。我们在记忆形成过程中操纵抑制性神经元，并取得了重要发现。当抑制神经元被抑制时，产生了更大的记忆印痕，恐惧位置被记住的时间也更长。当我们强迫抑制性神经元激活时，参与记忆的神经元减少，对恐惧位置的记忆变弱。因此，抑制性神经元可以改变记忆神经元的数量和记忆的寿命(图3 b)．
- 图3
- 一个。兴奋性神经元向目标神经元发送激活信号(绿线)。兴奋性神经元可以激活抑制性神经元，抑制性神经元反过来使目标神经元沉默(红线)。B。抑制性神经元控制产生恐惧记忆的神经元数量。如果抑制被削弱，在制造恐惧记忆的过程中，更多的神经元会变得活跃(绿色)，记忆会更强。当抑制作用较强时，参与记忆编码的神经元就会减少，记忆力就会减弱。
为了保持记忆，大脑必须调整相关神经元的数量
通过改变参与记忆的神经元数量，我们能够使记忆更持久或更不持久!在我们的研究中，我们证明了由少数神经元编码的记忆只会被记住很短一段时间，而大量神经元会产生持续时间更长的记忆[5］．我们知道，当印痕超过一定大小时，记忆就完全不起作用了。所以，我们的大脑需要调节印痕中的神经元数量，而抑制性神经元是控制印痕大小的系统的一部分。我们对与记忆稳定性有关的机制了解得越多，我们就越能理解我们大脑的总存储容量。大脑疾病和紊乱可能会导致记忆问题，比如阿尔茨海默病，但也可能导致“过度”的记忆(通常与糟糕的经历有关)，比如大脑创伤后应激障碍．我们现在计划调查我们在工作中描述的记忆存储机制是否在这些大脑疾病中受到影响。
术语表
回忆：↑为了形成记忆，我们的大脑必须首先将经验转化为可以存储在大脑中的东西。回忆是我们从过去获取并带回信息的过程。
海马体：↑大脑中一个古老的区域，对控制情绪、动机和记忆很重要。它处理我们周围空间的信息，形成空间地图，例如，让你找到从家到学校的路。
失忆：↑失忆:由疾病、药物或创伤经历引起的记忆丧失它通常与包括海马体在内的大脑区域的损伤有关。尽管无法记忆，但其他智力技能仍然完好无损。
齿状回：↑海马体的一小部分。它由成千上万个接收外界信息的神经元组成。齿状回对新记忆的形成至关重要。齿状回是大脑中少数几个在一生中形成新神经元的地方之一。
记忆的痕迹：↑经历在大脑中留下的物理印记。这种标记既是物理的(神经元改变了形状)，也是化学的(神经元改变了它们的组成)。印记被大脑用来储存和记忆。这种印记很难观察到，因为它隐藏在大脑中数十亿个神经元中的某些神经元中。
创伤后应激障碍：↑在经历了非常困难或不愉快的经历(如自然灾害)后出现的精神障碍。在经历创伤后的数月或数年，患者会产生与创伤经历相关的可怕想法、感觉或梦境。一些科学家认为，强迫忘记这些非常强烈的记忆将有助于创伤后应激障碍患者。
利益冲突声明
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
原文参考
↑Stefanelli, T.， Bertollini, C.， Luscher, C.， Muller, D.， and Mendez, P. 2016。海马生长抑素中间神经元控制神经元记忆集合的大小。神经元89:1074 - 85。doi: 10.1016 / j.neuron.2016.01.024
参考文献
［1］↑弗兰克兰，P. W.和邦坦皮，B. 2005。记忆:近期记忆和遥远记忆的组织神经科学第六章119 - 30。doi: 10.1038 / nrn1607
[２]↑拉米雷斯，刘晓霞，林培安，徐俊杰，Pignatelli, M.， Redondo, R. L.等。2013。在海马体中制造错误记忆。科学341:387 - 91。doi: 10.1126 / science.1239073
[3]↑戴瑟罗斯，K. 2011。光遗传学。方法8:26-9。doi: 10.1038 / nmeth.f.324
[4]↑田中，K. Z.， Pevzner, A.， Hamidi, A. B.，中泽，Y.， Graham, J.和Wiltgen, B. J. 2014。在记忆提取过程中，海马体恢复了皮层表征。神经元84:347-54。doi: 10.1016 / j.neuron.2014.09.037
［5］↑Stefanelli, T.， Bertollini, C.， Luscher, C.， Muller, D.， and Mendez, P. 2016。海马生长抑素中间神经元控制神经元记忆集合的大小。神经元89:1074 - 85。doi: 10.1016 / j.neuron.2016.01.024