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Nature:树突在记忆形成的关键作用

Nature:树突在记忆形成的关键作用

什么我们会记得某些事情,而忘记另一些事?在一项独特的成像研究中,来自美国西北大学的两名研究人员发现了,大脑中的神经元是如何让某些经历被记住,而另一些被忘记的。结果表明,如果你想记住与环境相关的一些事情,最好是让你的树突参与其中。

利用独一无二的高分辨率显微镜,Daniel A. Dombeck和Mark E. J. Sheffield窥视了活体动物的大脑,明确地观察到了当动物通过一个虚拟现实迷宫时在称作为位置细胞(place cell)的单个神经元中所发生的事情。

科学家们发现,与当前的认知相反,神经元细胞体和树突的活动可以是不同的。他们观察到在动物的体验过程中当细胞体激活而树突并未激活时,神经元不会对经历形成持久的记忆。这表明,细胞体似乎代表了正在进行的体验,而树突帮助了将经历储存为记忆。

论文资深作者、Weinberg文理学院神经生物学助理教授Dombeck说:“有许多关于记忆的理论,却少有数据表明在行为动物中单个神经元实际上是如何储存信息的。现在我们揭示了树突中对于学习和记忆非常重要的一些信号。我们的研究结果可以解释为什么一些经历会被记住,而另一些则会被人忘记。”

在大脑的海马区,有数十万的位置细胞——这些神经元对于大脑GPS系统至关重要。Dombeck和Sheffield第一次成像了位置细胞中个别树突的活动。

他们的研究结果有助于我们理解大脑是如何表示环绕它的世界的,也指出了树突可作为对抗记忆缺陷和阿尔茨海默氏症等一些退行性疾病的新潜在治疗靶点。大脑GPS系统遭到破坏是阿尔茨海默的首发症状之一,许多的患者都无法找到回家的路。了解位置细胞以及它们的树突储存这些类型记忆的机制,可以帮助我们找到一些新方法来治疗这种疾病。

西北大学的这项研究发表在了10月26日的《自然》(Nature)杂志上。

尽管今年的诺贝尔生理学或医学奖得主、神经科学家John O'Keefe早在1971年就发现了位置细胞,然而直到近年来,包括Dombeck和Sheffield在内的一些科学家,才能够成像这些描绘我们在环境中的位置图像的神经元。

在他们的研究中,Dombeck和Sheffield发现,一些树突信号可以解释动物体验某些事物,而不会将这些经历储存为记忆的机制。

他们看到当神经元中的细胞体激活之时,树突并不总是激活。树突中生成的一些信号(用来储存信息)和神经细胞体内的一些信号(用来计算和传送信号)可以高度同步或是不同步,这取决于神经元记住迷宫不同特点的程度。

长期以来科学家们都认为,神经元的计算和储存职能有关联——当神经元计算信息时,他们也会储存它,反之亦然。西北大学的研究提供了证据反驳了这一关于神经元功能的传统观点。

“我们无时无刻都在经历事情,其由大脑中神经元的活动表现出来,但并非所有这些事情以后都可以被记起,”论文的第一作者、Dombeck实验室博士后研究人员Mark E. J. Sheffield说。

“例如每天上下班,需要数百万神经元的活动,但你很难记住上周二整个上下班时间都发生了什么。那在上下班过程中是怎么能够让神经元被激活,而不将信息存入大脑中的?”Sheffield说。

Dombeck和Sheffield构建出了自己的激光扫描显微镜,其能够多个平面成像神经元。利用电子游戏Quake II建立起一个虚拟现实迷宫,他们随后研究了通过迷宫的动物。

在他们拍摄的图像中所看到的每一个发亮的结构表明了一个神经元兴奋动作电位。研究人员说,这些神经元的活动代表了动物对环境中其所在位置的感受。而神经元是否储存这一体验取决于神经元树突的活动。

原文检索:

Mark E. J. Sheffield & Daniel A. Dombeck. Calcium transient prevalence across the dendritic arbour predicts place field properties. Nature, 26 October 2014; doi:10.1038/nature13871

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