多篇文章聚焦人类大脑记忆的奥秘！
图片来源：Ryuichi Shigemoto
【1】Nature子刊解读！为何机体大脑拥有学习和记忆功能？
doi：10.1038/s41598-020-71528-3
参与大脑学习和记忆形成的海马兴奋性突触强度的长期增强（LTP）和长期抑制（LTD）机制已经被科学家们分别进行了解释，但目前研究人员还并未全面解释其背后的分子机制；近日，一篇发表在国际杂志Scientific Reports上题为“Mechanism underlying hippocampal long-term potentiation and depression based on competition between endocytosis and exocytosis of AMPA receptors”的研究报告中，来自日本丰桥技术科学大学等机构的科学家们重点研究了AMPA型谷氨酸受体的胞吐作用（exocytosis）和内吞作用（endocytosis）之间的竞争机制，这两种过程依赖于涌入到海马体兴奋神经元后突触中钙离子的水平，同时研究者还通过进行大规模的数学模型模拟对LTP和LTD进行了全面地理解。
在海马体兴奋性神经元突触上，N-甲基-D-天门冬氨酸（NMDA）型谷氨酸受体（NMDAR）依赖性的LTP和LTD作用被认为是形成参与学习和记忆形成能力神经回路所必需的分子基础，在哺乳动物中目前研究人员已经证实了诱导LTP和LTD的主要因素是突触后膜中AMPA型受体（AMPAR）的增加和减少，这取决于钙离子的水平，然而目前研究人员并不清楚AMPAR水平变化背后的分子机制。此外，对于AMPAR向突触后膜“贩运”的主要途径还存在以下争议。
【2】Cell子刊解读！科学家成功揭示大脑记忆形成的分子机制！
doi：10.1016/j.cub.2020.09.074
试想一下去一家你从未去过的咖啡馆，你会记得新环境，但当你一次又一次去这家咖啡馆的时候，或许很少会在大脑中形成新的记忆，只有改变的东西才会让你真的难忘，目前研究人员并不清楚这种长期记忆被调节的分子机制，近日，一项刊登在国际杂志Current Biology上题为“Ventro-dorsal Hippocampal Pathway Gates Novelty-Induced Contextual Memory Formation”的研究报告中，来自奥地利科学技术学院等机构的科学家们通过研究揭开了记忆形成的新基石，文章中研究人员研究了大脑中海马体区域的特殊信号通路，同时还揭示了该通路如何控制机体经历新环境时形成的新记忆。
海马体是大脑中的中心区域，其在将来自短期记忆的信息转移到长期记忆中扮演着关键的角色，在海马体众多相互交错的部分中，研究人员重点对苔状细胞（mossy cells）之间的相互连接进行了研究，苔状细胞能接受关于环境和所谓的颗粒细胞的感觉输入新信号，在诸如阿尔兹海默病等疾病中，大脑的这部分区域是最先受到影响的部分之一。
doi：10.1038/s41593-020-00717-0
当大脑形成新体验的记忆时，称为engram细胞的神经元会编码记忆的详细信息，并在以后我们每次回忆时重新激活。麻省理工学院的一项新研究表明，这一过程是由细胞染色质的大规模重塑控制的。这种重塑使涉及记忆的特定基因变得更加活跃，这种重塑发生在数天的多个阶段中。染色质的密度和排列方式的改变（一种高度压缩的结构，由DNA和称为组蛋白的蛋白质组成）可以控制特定基因在给定细胞内的活性。
相关研究结果发表在Nature Neuroscience杂志上。海马体以及大脑的其他部位都有engram细胞的存在。最近的许多研究表明，这些单元格形成与特定记忆有关，并且当该部分记忆被调用时，这些网络将被激活。但是，这些记忆的编码和检索的分子机制尚不为人所理解；在记忆形成的最初阶段，称为“即时早期基因”的基因会在engram细胞中激活，但这些基因很快会恢复正常的活动水平。麻省理工学院的团队希望探索在此过程的后期会发生什么，以协调长期记忆的存储。
doi：10.1016/j.cell.2020.09.011
发表在Cell杂志上的一篇论文中，研究人员提供了证据，表明工作记忆并不是整齐地局限在一个大脑区域，而是需要至少两个大脑的同步活动。这一发现挑战了人们长期以来一直认为工作记忆只是大脑一部分的假设，并有助于科学家查明其遗传和机制基础。
研究者表示，事实上，早期研究表明，大脑的某种结构与工作记忆有关。” “我们的新发现使我们对这些领域是什么以及它们如何发挥作用提供了更切实的见解。”70年代和80年代的开拓性研究将工作记忆的神经基础追溯到大脑的前额叶皮层。在那里，神经元似乎可以通过集体触发数秒至数分钟来保存信息，这比单个神经元的毫秒级标准要长得多。但是，仅靠这种机制并不能解释工作记忆的复杂性。
【5】Sci Rep新发现！体育锻炼或与大脑记忆表现之间存在密切关联！
doi：10.1038/s41598-020-72108-1
近日，一项刊登在国际杂志Scientific Reports上题为“Effect of acute physical exercise on motor sequence memory”的研究报告中，来自瑞士日内瓦大学等机构的科学家们通过研究发现，运动和大脑记忆或许存在密切关联。如果运动对机体健康有好处的话，那么其似乎对大脑健康也有好处，文章中，研究人员通过评估机体运动后的记忆力表现，发现，在自行车上哪怕进行短至15分钟的强化锻炼也能帮助改善大脑记忆力，包括获得新的运动技能，那么这是如何做到的呢？研究者发现，这或许是通过一种名为内源性大麻素（endocannabinoids）的分子来增加突触的可塑性来实现的，本文研究结果强调了锻炼对机体健康和教育的重要性，研究人员旨在通过教育计划和策略来降低神经变性对机体记忆的影响。
很多时候，运动之后（尤其是耐力运动，比如跑步或骑自行车），我们就会感觉到身体和心理上的放松，这种感觉的产生就是因为机体在体力消耗过程中所产生的内源性大麻素所致，其会在机体中循环并轻松穿越血脑屏障，随后与特殊的细胞受体结合并诱发机体的兴奋感，此外，相同的分子还能结合海马体上的受体，那么运动和记忆之间的关联到底是怎样的呢？这或许是研究人员需要重点分析的。
图片来源：CC0 Public Domain
doi：10.1038/s41467-020-18074-8
在最近一项研究中，布里斯托大学的研究人员在理解记忆如何形成与维持方面中取得了突破。这项发表在Nature Communications杂志上的研究描述了一种新发现的大脑学习机制，可以稳定记忆并减少它们之间的干扰。它的发现还为人们如何形成期望并就未来可能发生的情况做出准确的预测提供了新的见解。
当发送和接收来自大脑的信号的神经细胞之间的连接增强时，就会产生记忆。长期以来，该过程与刺激海马中邻近神经细胞的连接改变有关，海马是大脑中对记忆形成至关重要的区域。这些兴奋性连接必须与抑制连接平衡，以抑制神经细胞的活动，以实现健康的大脑功能。以前从未考虑过改变抑制连接强度的作用，研究人员发现神经细胞之间的抑制连接可以类似地得到增强。
【7】Brain Behavior & Immunity：大脑受损后记忆如何保持
doi：10.1016/j.bbi.2020.03.035
在最近一项研究中，加州河边分校的作者发现了TLR4受体对正常和受伤的大脑记忆功能的影响差异 。此外，研究人员发现了TLR4如何调节正常，未受伤的大脑中记忆功能的新机制。该研究在大鼠身上进行，并发表在Brain， Behavior， and Immunity杂志上，可能有助于开发脑损伤后记忆缺陷的治疗方法。
文章作者副教授Viji Santhakumar表示：“记忆缺陷是脑损伤的主要长期不良后果，我们的研究表明，在受伤后一天内给予药物治疗能够达到改善记忆功能，因此具有重大的临床意义。”大脑中存在神经元和称为胶质细胞的非神经元细胞。在正常的大脑中，神经元的活性被TLR4抑制。在受伤的大脑中，TLR4会提高神经元的活动强度。具体而言，在脑损伤后，TLR4增加了大脑海马体中齿状回的兴奋性，而齿状回是海马体记忆处理的重要结构。
doi：10.1016/j.celrep.2019.06.053
近日，一项刊登在国际杂志Cell Reports上的研究报告中，来自佛罗里达国际大学的科学家们通过研究揭开了大脑如何以正确的顺序回忆记忆的机制；相关研究结果有望帮助理解诸如阿尔兹海默病等疾病影响大脑记忆的机制，同时还能帮助开发治疗此类疾病的新型疗法。
当我们完成任务或者与家人回忆时，以正确的顺序调出大脑的记忆是一项非常重要的技能，然而如今其仍然是大脑如何运行的众多谜团之一。文章中，研究者分析了大脑中不同部分的角色，以及其如何以一定的顺序来检索记忆，研究人员训练大鼠使其能够记住气味的顺序，随后将这些气味的顺序打乱，并让大鼠对这些气味进行顺序排序，如果大鼠的排序结果是正确的，那么其就会得到奖励—水。
【9】Science： 新发现！睡眠时我们的大脑记忆是如何储存的？
doi：10.1126/science.aay0616
近日，来自法国法兰西学院生物学跨学科研究中心的科学家们已经表明，我们睡眠时大脑产生的三角波并不会随着皮质区域的静止而变得沉默，相反，它们会通过隔离一簇特殊的神经元而有助于长期记忆的形成，相关研究结果发表在Science杂志上。
当我们睡觉时，海马体通过产生类似于我们清醒时的信号而自发地自我激活。首先它将信息发送到皮质，皮质随后做出反应。最后紧跟着的通常是一段沉默期，因此该脑波被称为“三角波”。然后是被称为“睡眠纺锤波（sleep spindle）”的有节奏的重复。上述过程是皮质区域信号重组以形成稳定记忆的关键。但是，三角波在新记忆形成中的作用仍然令人困惑：为什么沉默期会中断海马体与皮质之间的信息交换以及皮质区域的功能重组？
doi：10.1126/science.aav9199
为什么你能记住多年未见的儿时好友的名字，却很容易忘记刚刚认识的人的名字？换句话说，为什么有些记忆在几十年里保持稳定，而另一些却在几分钟内消失？通过使用老鼠模型，加州理工学院的研究人员现在确定，强大、稳定的记忆是由神经元"团队"同步激活编码的，提供了冗余，使这些记忆能够持续一段时间。这项研究对于理解大脑损伤后，如中风或阿尔茨海默氏症(Alzheimer's disease)，记忆可能会受到怎样的影响具有重要意义。
在博士后Walter Gonzalez的带领下，研究小组开发了一项测试，以检测老鼠在学习和记忆一个新地方时的神经活动。在实验中，一只老鼠被放置在一个直的笼子里，大约5英尺长，有白色的墙。独特的符号沿着墙壁标记了不同的位置--例如，最右端附近的加号和靠近中心的斜线。糖水(老鼠的食物)被放在跑道的两端。在老鼠探索的过程中，研究人员测量了老鼠海马(大脑中形成新记忆的区域)中特定神经元的活动，已知这些神经元负责编码位置相关的信息。（生物谷Bioon.com）