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记忆快速泛化 往事不再如烟

2018-01-04 11:10 来源:科技日报 赵汉斌

  视觉中国

  记忆提取快速泛化机制的发现和理论假说的提出,为相关研究提供了新思路,可能开辟一个全新研究方向。

  记忆有着编码、储存和提取三个过程,记忆编码和储存的神经机制已经取得了大量研究成果,但人们对记忆提取的神经机制却知之甚少。近日,中国科学院昆明动物研究所徐林研究员带领的学习记忆研究实验室,与多家科研单位密切合作,发现了记忆“快速泛化”的新现象,通过揭示神经环路机制,提出了记忆提取的“快速泛化理论假说”。

  什么是“快速泛化理论”?记忆如何提取?研究成果对人脑重大疾病会产生哪些影响?带着读者的诸多疑问,科技日报记者对相关科学家进行了专访。

  如何提取人类记忆

  “记忆的泛化提取机制”更加普适,记忆靠“编码—提取”的部分匹配或相似性来提取。

  长期以来,“记忆编码精准性理论”占据主流地位,该理论认为,当记忆提取与记忆编码时的地理位置、周边环境及个人生理和心理状态等条件完全相同时,就会出现最高效率的“记忆精准提取”。然而,正如古希腊哲学家赫拉克利特所言——“没有人能够两次步入同一条河流”,这种条件完全相同的情况几乎不会出现,所以记忆的精准提取很少发生。绝大多数情况下,“记忆的泛化提取机制”更加普适,记忆靠“编码—提取”的部分匹配或相似性来提取。

  在试验中,研究人员对一只小鼠进行了记忆训练。他们把小鼠轮流关进两只长宽高相似的箱子里,一个被命名为“T箱”,另一个被命名为“G箱”。小鼠熟悉两只箱子后,在T箱被施以足部的某种刺激,让它产生恐惧。24小时后,当这只小鼠被移到G箱,在没有施加任何刺激的情况下,它对G箱也产生了恐惧。这意味着,小鼠对T箱的恐惧记忆,只经过24小时甚至更短的时间,就产生了泛化,并在某些环境相似的情况下,快速提取了恐惧记忆。这与此前的研究成果有较大出入。在实验基础上,徐林的研究团队首次提出记忆提取的“快速泛化理论假说”。

  什么是快速泛化假说

  泛化过程需要一定时间,泛化能力形成的快慢取决于记忆之间是否存在重叠。

  徐林告诉记者,大脑皮层下的记忆信息加工可能存在显著的左右输入特异性。但是当记忆信息传送到海马时,由于两侧海马间存在直接联系环路,使得记忆信息在海马中分配了基本相当的左右记忆备份。这是记忆精准提取的重要基础,即损毁单个备份不影响记忆的精准性提取。

  记忆在海马中形成后,分布在左右海马中的记忆细胞可能进行了“回放”,偶尔会出现左右之间活动的同步化。例如在睡眠过程中就存在这种现象,从而触发了一种“赫伯突触可塑性”,进而记忆细胞之间的连接逐渐加强。这种“内在学习”过程,赋予了记忆举一反三、活学活用等泛化提取能力,比如孩子在把左边的两个苹果和右边的两个苹果拿到一起后,就会自然形成“2+2=4”的概念。左右记忆细胞之间的突触可塑性提供了一个额外的记忆提取路径,从而能够更容易提取记忆而不影响记忆本身。

  泛化过程需要一定时间,因为泛化不仅要面对未知多变的环境,也要防止泛化可能产生的错误。连接左右海马体的纤维突触的精细调节和再调节,可提供一种纠错机制。泛化能力形成的快慢取决于记忆之间是否存在重叠。例如人类在成长过程中积累了许多知识、技巧等记忆,再次面对相关内容时,记忆将会快速泛化。而对动物来说,面对完全没有接触过的任务时,泛化能力的形成需要更多时间。

  遗忘是怎样发生的

  老年痴呆症患者的记忆并没有消失,而是泛化能力受损,这与海马体有关。

  徐林说,众多理论假说认为,记忆的泛化提取能力是缓慢形成的,要在记忆编码后2—4周建立。但他的实验室博士周恒和同事首次发现,记忆的泛化提取可在24小时内或更短时间内快速形成。通过研究哺乳动物海马体,他们还发现了快速泛化的神经环路机制。

  海马体位于哺乳动物大脑丘脑和内侧颞叶之间,主要负责长时记忆的存储转换和定向等功能,通俗地说,记忆就是在那儿形成的。但遗忘又是怎么发生的呢?徐林解释道,自己一位朋友的父亲因患阿尔茨海默病(AD,也就是老年痴呆症)经常走失,最后准能在老屋原址附近找到他。这说明老人的记忆并没有消失,而是泛化能力受损,问题也与海马体有关联。

  徐林说,大量的研究结果表明,人是否会患上老年痴呆症,关键看泛化能力和记忆的提取能力。他们这次发现的记忆快速泛化机理,为了解记忆异常相关的神经系统疾病提供了理论依据。

  开辟脑病研究新方向

  不仅有助于解决慢速泛化问题,还对治疗老年痴呆症或抑郁症等有帮助。

  记忆提取的快速泛化机制的发现和理论假说的提出,为相关领域的研究提供了全新思路,可能开辟一个全新的研究方向。“我们正联合多学科、多家科研和医疗机构进行这方面的研究,我也期待该研究方向的未来发展,为理解人类记忆的提取机制和相关脑疾作出贡献。”徐林说。

  老年痴呆症是目前全球关注的焦点之一,迄今为止仍然缺乏有效的预防和治疗措施。临床研究显示早期患者“记忆的精准提取”还未受到影响时,记忆的泛化提取能力已经严重受损。相反,战争和地震等不可抗拒的灾害可导致创伤后应激综合征(PTSD),其临床特征之一是当患者面临灾难经历相似的环境条件时,其脑内会不受控制“回放”恐惧场景并伴随情绪改变,这是记忆提取的过度泛化的一个典型实例。

  此外,早期应激生活事件可能导致绝望、自责、自罪等“负性记忆”形成,与抑郁症的发生存在密切关系。依据快速泛化理论假说可推测,“负性记忆”可能从过去转移到现实生活中,导致“自动负性思维”。这种记忆提取的过度泛化现象也许是抑郁症患者的认知模式特点。

  徐林介绍,快速泛化假说理论的提出,不仅有助于解决困扰人们已久的慢速泛化问题,还将有助于脑重大疾病的治疗或康复。2016年,日本科学家曾用光遗传技术,帮助AD小鼠解决了记忆丢失的问题。而发现神经环路机制后,可通过临床对眼耳进行适量刺激,人为操纵左右海马,有可能改善神经环路连接的效能。此外,结合此前用中药成功对抑郁症患者进行有效治疗的经验,徐林透露,他们正在寻找一种可以调整神经环路泛化能力的小分子。“一旦发现的话,就可以做成新药,这是蛮有希望的!”徐林加重语气说。

(责任编辑:王蔚)

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