记忆帮助大脑识别值得记住的新事件 | 广达杂志

回忆是过去的影子，也是照亮未来的手电筒。

我们的回忆引导我们穿越世界，调整我们的注意力并塑造我们以后生活中学到的东西。 人类和动物研究表明，记忆可以改变我们对未来事件的看法以及我们给予它们的关注。 “我们知道过去的经验会改变一些东西，”说 洛伦弗兰克，加州大学旧金山分校的神经科学家。 “这究竟是如何发生的并不总是很清楚。”

在该杂志上发表的一项新研究 科学进展 现在提供了部分答案。 研究人员与蜗牛一起研究了既定记忆如何使动物更有可能对相关的未来事件形成新的长期记忆，否则它们可能会忽略这些记忆。 他们发现的简单机制通过改变蜗牛对这些事件的感知来做到这一点。

研究人员将过去的学习如何影响未来学习的现象“缩小到单个细胞”，说 大卫格兰兹曼，加州大学洛杉矶分校的细胞生物学家，他没有参与这项研究。 他称这是一个有吸引力的例子，“用一个简单的有机体来试图理解相当复杂的行为现象。”

虽然蜗牛是相当简单的生物，但新的见解使科学家们更接近于了解像人类这样的高阶动物长期记忆的神经基础。

虽然我们通常没有意识到这一挑战，但长期记忆的形成是“一个令人难以置信的充满活力的过程，”说 迈克尔·克罗斯利，苏塞克斯大学的高级研究员，也是这项新研究的主要作者。 这样的记忆取决于我们在神经元之间建立更持久的突触连接，而脑细胞需要募集大量分子才能做到这一点。 因此，为了节约资源，大脑必须能够区分何时值得为形成记忆而付出代价，何时不值得。 他说，无论是人的大脑还是“精力充沛的小蜗牛”的大脑都是如此。

在最近的一次视频通话中，克罗斯利拿出一只这样的蜗牛，拇指大小 林藻属 软体动物有一个他称之为“美丽”的大脑。 人脑有 86 亿个神经元，而蜗牛只有 20,000 个——但它的每个神经元都比我们的大脑大 10 倍，而且更易于研究。 这些巨大的神经元及其映射良好的大脑回路使蜗牛成为神经生物学研究的热门对象。

Crossley 说，这些微小的觅食者也是“出色的学习者”，它们在一次接触后就能记住一些东西。 在这项新研究中，研究人员深入观察蜗牛的大脑，以弄清楚当它们获得记忆时在神经层面发生了什么。

哄骗回忆

在他们的实验中，研究人员对蜗牛进行了两种形式的训练：强壮和弱弱。 在高强度训练中，他们首先向蜗牛喷洒香蕉味的水，蜗牛认为这种水的吸引力是中性的：它们会吞下一些，然后再吐出一些。 然后团队给蜗牛糖，它们狼吞虎咽。

一天后，当他们对蜗牛进行测试时，蜗牛表明它们已经从那一次经历中学会了将香蕉味与糖联系起来。 蜗牛似乎觉得这种味道更令人向往：它们更愿意吞下水。

相比之下，蜗牛并没有从较弱的训练课程中学到这种积极的联系，在训练课程中，用椰子调味的浴缸之后是稀释得多的糖食。 蜗牛继续吞咽和吐出水。

到目前为止，该实验基本上是巴甫洛夫著名条件反射实验的蜗牛版本，在该实验中，狗在听到铃声时学会流口水。 但随后，科学家们观察了当他们用香蕉调味剂对蜗牛进行强训练，然后在数小时后用椰子调味剂进行弱训练时发生的情况。 突然间，蜗牛也从弱训练中学到了东西。

当研究人员改变顺序并首先进行弱训练时，它再次未能传授记忆。 蜗牛们还对那次强训形成了记忆，但对之前的经历并没有回溯性的强化作用。 交换强训练和弱训练中使用的口味也没有效果。

科学家们得出结论，强训练将蜗牛推入了一个“学习丰富”的时期，在这个时期记忆形成的门槛较低，使它们能够学习否则不会学习的东西（例如味道和味道之间的弱训练关联）稀释糖）。 这种机制可以帮助大脑在适当的时候将资源用于学习。 食物可以使蜗牛对附近潜在的食物来源更加警觉； 与危险擦肩而过可以提高他们对威胁的敏感度。

然而，对蜗牛的影响是短暂的。 强化训练后，学习丰富期仅持续 30 分钟至 XNUMX 小时。 在那之后，蜗牛在弱训练期间停止形成长期记忆，这并不是因为它们忘记了强训练——这种记忆持续了几个月。

拥有一个用于增强学习的关键窗口是有道理的，因为如果这个过程没有关闭，“这可能对动物有害，”克罗斯利说。 动物不仅可能会在学习上投入过多的资源，而且可能会学习对其生存有害的联想。

改变观念

通过用电极探测，研究人员发现了蜗牛在通过训练形成长期记忆时大脑内部发生了什么。 大脑活动发生两个平行的调整。 第一个编码内存本身。 第二种是“纯粹参与改变动物对其他事件的感知，”克罗斯利说。 它“改变了它根据过去的经验看待世界的方式。”

他们还发现，他们可以通过阻断多巴胺的作用来诱导蜗牛的感知发生同样的变化，多巴胺是神经元产生的激活吐痰行为的大脑化学物质。 实际上，这会关闭吐奶神经元，而让吞咽神经元持续开启。 这种经历与先前实验中的强训练具有相同的遗留效应：数小时后，蜗牛形成了对弱训练的长期记忆。

研究人员彻底而优雅地描绘了从“过去和新记忆之间这种相互作用的行为到电生理学基础”的过程，说 佩德罗·雅各布，牛津大学的博士后研究员，没有参与这项研究。 “了解这种情况发生的机制很有趣，因为它可能跨物种保存。”

然而，弗兰克并不完全相信蜗牛在弱训练后未能摄取调味水意味着它们没有记忆。 他说，你可以有记忆但不能采取行动，因此做出这种区分可能需要后续实验。

Glanzman 说，学习和记忆背后的机制在软体动物和哺乳动物（如人类）中惊人地相似。 克罗斯利说，据作者所知，这种确切的机制尚未在人类身上得到证实。 “这可能是一个广泛保存的特征，因此值得进一步关注，”他说。

Glanzman 说，研究观念的转变是否可以更持久会很有趣。 他怀疑，如果给蜗牛一种厌恶的刺激，即让它们生病而不是它们喜欢的东西，这可能是可能的。

目前，Crossley 和他的团队很好奇当这些蜗牛执行多种行为时，它们的大脑会发生什么，而不仅仅是张开或闭上嘴巴。 “这些都是非常迷人的生物，”克罗斯利说。 “你真的不希望这些动物能够完成这些复杂的过程。”

编者注：洛伦·弗兰克 (Loren Frank) 是西蒙斯基金会自闭症研究计划 (SFARI) 的调查员。 西蒙斯基金会还资助 广达 作为编辑独立的杂志。 资助决定对我们的报道没有影响。