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記憶快速泛化 往事不再如煙

2018年01月04日09:08 | 來源:科技日報
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原標題:記憶快速泛化 往事不再如煙

記憶提取快速泛化機制的發現和理論假說的提出,為相關研究提供了新思路,可能開辟一個全新研究方向。

記憶有著編碼、儲存和提取三個過程,記憶編碼和儲存的神經機制已經取得了大量研究成果,但人們對記憶提取的神經機制卻知之甚少。近日,中國科學院昆明動物研究所徐林研究員帶領的學習記憶研究實驗室,與多家科研單位密切合作,發現了記憶“快速泛化”的新現象,通過揭示神經環路機制,提出了記憶提取的“快速泛化理論假說”。

什麼是“快速泛化理論”?記憶如何提取?研究成果對人腦重大疾病會產生哪些影響?帶著讀者的諸多疑問,科技日報記者對相關科學家進行了專訪。

如何提取人類記憶

“記憶的泛化提取機制”更加普適,記憶靠“編碼—提取”的部分匹配或相似性來提取。

長期以來,“記憶編碼精准性理論”佔據主流地位,該理論認為,當記憶提取與記憶編碼時的地理位置、周邊環境及個人生理和心理狀態等條件完全相同時,就會出現最高效率的“記憶精准提取”。然而,正如古希臘哲學家赫拉克利特所言——“沒有人能夠兩次步入同一條河流”,這種條件完全相同的情況幾乎不會出現,所以記憶的精准提取很少發生。絕大多數情況下,“記憶的泛化提取機制”更加普適,記憶靠“編碼—提取”的部分匹配或相似性來提取。

在試驗中,研究人員對一隻小鼠進行了記憶訓練。他們把小鼠輪流關進兩隻長寬高相似的箱子裡,一個被命名為“T箱”,另一個被命名為“G箱”。小鼠熟悉兩隻箱子后,在T箱被施以足部的某種刺激,讓它產生恐懼。24小時后,當這隻小鼠被移到G箱,在沒有施加任何刺激的情況下,它對G箱也產生了恐懼。這意味著,小鼠對T箱的恐懼記憶,隻經過24小時甚至更短的時間,就產生了泛化,並在某些環境相似的情況下,快速提取了恐懼記憶。這與此前的研究成果有較大出入。在實驗基礎上,徐林的研究團隊首次提出記憶提取的“快速泛化理論假說”。

什麼是快速泛化假說

泛化過程需要一定時間,泛化能力形成的快慢取決於記憶之間是否存在重疊。

徐林告訴記者,大腦皮層下的記憶信息加工可能存在顯著的左右輸入特異性。但是當記憶信息傳送到海馬時,由於兩側海馬間存在直接聯系環路,使得記憶信息在海馬中分配了基本相當的左右記憶備份。這是記憶精准提取的重要基礎,即損毀單個備份不影響記憶的精准性提取。

記憶在海馬中形成后,分布在左右海馬中的記憶細胞可能進行了“回放”,偶爾會出現左右之間活動的同步化。例如在睡眠過程中就存在這種現象,從而觸發了一種“赫伯突觸可塑性”,進而記憶細胞之間的連接逐漸加強。這種“內在學習”過程,賦予了記憶舉一反三、活學活用等泛化提取能力,比如孩子在把左邊的兩個蘋果和右邊的兩個蘋果拿到一起后,就會自然形成“2+2=4”的概念。左右記憶細胞之間的突觸可塑性提供了一個額外的記憶提取路徑,從而能夠更容易提取記憶而不影響記憶本身。

泛化過程需要一定時間,因為泛化不僅要面對未知多變的環境,也要防止泛化可能產生的錯誤。連接左右海馬體的纖維突觸的精細調節和再調節,可提供一種糾錯機制。泛化能力形成的快慢取決於記憶之間是否存在重疊。例如人類在成長過程中積累了許多知識、技巧等記憶,再次面對相關內容時,記憶將會快速泛化。而對動物來說,面對完全沒有接觸過的任務時,泛化能力的形成需要更多時間。

遺忘是怎樣發生的

老年痴呆症患者的記憶並沒有消失,而是泛化能力受損,這與海馬體有關。

徐林說,眾多理論假說認為,記憶的泛化提取能力是緩慢形成的,要在記憶編碼后2—4周建立。但他的實驗室博士周恆和同事首次發現,記憶的泛化提取可在24小時內或更短時間內快速形成。通過研究哺乳動物海馬體,他們還發現了快速泛化的神經環路機制。

海馬體位於哺乳動物大腦丘腦和內側顳葉之間,主要負責長時記憶的存儲轉換和定向等功能,通俗地說,記憶就是在那兒形成的。但遺忘又是怎麼發生的呢?徐林解釋道,自己一位朋友的父親因患阿爾茨海默病(AD,也就是老年痴呆症)經常走失,最后准能在老屋原址附近找到他。這說明老人的記憶並沒有消失,而是泛化能力受損,問題也與海馬體有關聯。

徐林說,大量的研究結果表明,人是否會患上老年痴呆症,關鍵看泛化能力和記憶的提取能力。他們這次發現的記憶快速泛化機理,為了解記憶異常相關的神經系統疾病提供了理論依據。

開辟腦病研究新方向

不僅有助於解決慢速泛化問題,還對治療老年痴呆症或抑郁症等有幫助。

記憶提取的快速泛化機制的發現和理論假說的提出,為相關領域的研究提供了全新思路,可能開辟一個全新的研究方向。“我們正聯合多學科、多家科研和醫療機構進行這方面的研究,我也期待該研究方向的未來發展,為理解人類記憶的提取機制和相關腦疾作出貢獻。”徐林說。

老年痴呆症是目前全球關注的焦點之一,迄今為止仍然缺乏有效的預防和治療措施。臨床研究顯示早期患者“記憶的精准提取”還未受到影響時,記憶的泛化提取能力已經嚴重受損。相反,戰爭和地震等不可抗拒的災害可導致創傷后應激綜合征(PTSD),其臨床特征之一是當患者面臨災難經歷相似的環境條件時,其腦內會不受控制“回放”恐懼場景並伴隨情緒改變,這是記憶提取的過度泛化的一個典型實例。

此外,早期應激生活事件可能導致絕望、自責、自罪等“負性記憶”形成,與抑郁症的發生存在密切關系。依據快速泛化理論假說可推測,“負性記憶”可能從過去轉移到現實生活中,導致“自動負性思維”。這種記憶提取的過度泛化現象也許是抑郁症患者的認知模式特點。

徐林介紹,快速泛化假說理論的提出,不僅有助於解決困擾人們已久的慢速泛化問題,還將有助於腦重大疾病的治療或康復。2016年,日本科學家曾用光遺傳技術,幫助AD小鼠解決了記憶丟失的問題。而發現神經環路機制后,可通過臨床對眼耳進行適量刺激,人為操縱左右海馬,有可能改善神經環路連接的效能。此外,結合此前用中藥成功對抑郁症患者進行有效治療的經驗,徐林透露,他們正在尋找一種可以調整神經環路泛化能力的小分子。“一旦發現的話,就可以做成新藥,這是蠻有希望的!”徐林加重語氣說。(趙漢斌)

(責編:楊軒(實習生)、張歌)

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