子问题《自然》:记忆是如何形成的？麻省理工学院的科学家揭示了这个神秘的过程
药明康德内容团队编辑
100多年前，德国生物学家理查德塞蒙(Richard Semon)杜撰了一个词““记忆印迹”（engram）”，意思是记忆的产生会在大脑中引起一些物理或化学变化，留下一些脚印之类的痕迹。
现在科学家们已经知道，当一种新的体验在头脑中形成长期记忆时，某些神经元会负责编码细节，当它们被重新激活时，我们就会回忆起相关的内容。这些重要的神经细胞也被称为植入细胞。
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由于过去几年技术的进步，科学家们现在可以以更高的分辨率，把镜头拉近到印迹细胞内部，紧密追踪记忆的形成过程.了
根据最近发表在《自然神经病学》《自然》上的一篇研究论文，麻省理工学院的蔡教授的团队首次揭示了的这些变化调节着与记忆储存相关的特定基因的表达。
“这篇论文第一次真正揭示了一个神秘的过程，看到了不同基因是如何被激活的，以及调控这些基因表达的表观遗传机制。”蔡教授说。
为了追踪印记细胞，科学家使用了一种特殊的基因工程小鼠。他们的基因组用荧光蛋白标记。当与记忆形成相关的Arc基因表达时，细胞就会发光。
研究人员使用轻微的脚震使老鼠在特定的地方有恐惧记忆。在他们的海马体(对学习和长期记忆很重要的大脑区域)，我们可以看到编码这种记忆的印记细胞发出黄色荧光。随后，研究员在记忆形成的不同阶段，印迹细胞内的遗传物质会发生表观遗传学和基因组3D结构上的大规模变化，.
小鼠全脑一片可以看到记忆形成和回忆过程中闪亮的神经细胞(来源：参考文献[1])
在记忆形成的几小时、几天后，以及记忆被再次激活时，对这些发亮的细胞展开详细分析,他们注意到细胞核中的染色质结构略有变化。染色质是由DNA长链和蛋白质紧密缠结而成。当某些区域的表观遗传修饰发生变化，变得松散时，暴露出来的DNA可以使上述基因容易阅读。
但是他们惊讶地发现在这段记忆刚形成的编码阶段.这些序列服务于特定的基因并帮助启动基因。
在那些变松散的区域都不是编码基因的片段，而是包含了一些被称为“增强子”（enhancer）的非编码序列,在随后的5天里，也就是,增强子周围的染色质3D结构发生了更多的变化，许多增强子更接近它们所服务的基因。然而，用第一作者阿萨夫马尔科博士的话说，记忆巩固的阶段,曾经让他们感到沮丧。
在记忆形成过程中，染色质的3D结构发生了变化，使增强子更接近基因起始表达的位置(来源：参考文献[1])
接下来，研究人员将老鼠放回它们最初形成记忆的环境中。直到此时，细胞内的基因表达并没有如研究人员预想的那样出现显著变化.许多由增强子打开的基因参与突触蛋白的合成，导致神经细胞之间形成更强的连接。马尔科博士说，“这时候我们意识到，当再度激起记忆时，随之而来的是基因表达的激增."
另一位专家在评论中对记忆的形成做了一个类比：“原来之前染色质的结构变化，是细胞为回忆阶段的记忆加强在做准备，他们(印记细胞)准备开始，所以我们可以开始记忆。”
在回忆过程中，产生了大量与记忆储存有关的蛋白质，神经细胞之间的联系得到加强(来源：123RF)
马尔科博士总结道：“这项研究在这就像在锻炼之前进行热身,首次表明，记忆的形成是在和回忆阶段由表观修饰启动的增强子刺激基因表达来."进行
研究人员表示，他们希望进一步研究印记细胞的染色质结构在阿尔茨海默病等记忆障碍疾病中如何受到影响。蔡教授的研究小组过去发现，在阿尔茨海默病小鼠模型中，影响染色质紧密度的表观遗传药物抑制剂有助于恢复失去的记忆。随着科学家对记忆形成的基本过程有了更好的理解，我们有望在挽救记忆丧失方面更进一步。
驱动的
[1] Asaf Marco等人(2020年)绘制了海马植入群中记忆形成和回忆过程中表观基因组和转录组的相互作用。自然神经科学。地址：https://doi.org/10.1038/s41593-020-00717-0 :
[2]神经科学家发现了一种允许记忆形成的分子机制。检索日期：2020年11月10日，https://news.mit.edu/2020/engram-memories-form-1005