諾獎得主Science光遺傳學開創性成果：找回“丟失”的記憶

　　利用光來激活一些腦細胞可以喚回因遺忘而“丟失”的記憶。在發表于5月29日《科學》（Science）雜志上的一篇論文中，來自麻省理工學院的研究人員透露利用一種稱作為光遺傳學（optogenetics）的技術，他們能夠重新激活以其他方式無法恢復的記憶。

　　文章的資深作者是麻省理工學院生物系教授、Picower學習與記憶研究所RIKEN-MIT中心主任利根川進（Susumu Tonegawa）。他因為“發現抗體多樣性的遺傳學原理”獲得了1987年的諾貝爾生理學或醫學獎。利根川進教授是日本首位諾貝爾醫學獎得主，也是極少數“獨得”該獎項的科學家。

　　利根川進說，這一研究成果解答了神經科學領域一個爭論激烈的、有關失憶本質的問題。在外傷性損傷、壓力或諸如阿爾茨海默氏癥一類的疾病之后出現的逆行性遺忘，是一些特定的腦細胞受損所導致（這意味著記憶無法被儲存），還是由于通往記憶的通道被阻斷，阻止了回想起記憶，是多年來神經科學研究人員一直爭論不休的一個問題。

　　利根川進說：“大多數的研究者都支持存儲理論，但在這篇論文中我們證實這一多數人青睞的理論有可能是錯誤的。失憶是一個記憶提取障礙問題。”

　　記憶研究人員過去猜測，在大腦網絡的某處存在著一群在記憶獲得過程中激活的神經元，是它們造成了持久的物理或化學改變。

　　如果這群神經元隨后能夠被某一觸發事件，例如特殊的視覺情景或嗅覺重新激活，就可以喚回完整的記憶。這些神經元被稱作為是“記憶痕跡細胞”（ memory engram cells）。

　　用光照射

　　2012年，利根川進研究小組利用光遺傳學（這一技術是通過將一些蛋白質添加到神經元中，使得它們可以被光激活），第一次證實了確實有這樣的一群神經元存在于稱作為海馬的大腦區域。

　　然而直到現在也沒有人能夠證明，這群神經元在記憶鞏固過程中經歷了持久的化學改變。其中一種稱作為“長時程增強（LTP）”的改變與突觸強化有關。

　　為了弄清楚是否確實發生了這些化學改變，研究人員首先鑒別出了海馬中的一組記憶痕跡細胞，在采用光遺傳學工具激活時，它們能夠表達記憶。

　　隨后當他們記錄這群特殊細胞的活動時，發現連接它們的突觸增強。利根川進說：“我們第一次證實了，這些存在于海馬中的一小群特化細胞經歷了這種突觸強度增強。”

　　研究人員隨后設法揭示了沒有這種鞏固過程記憶會發生什么改變。通過在小鼠形成新記憶后立即給予一種叫做茴香毒素（anisomycin）的化合物，來阻斷神經元內的蛋白質合成，研究人員阻止了突觸強化。

　　當他們某天回過頭，設法通過一種情感觸發事件來重新激活記憶時，他們發現找不到記憶的蹤跡。“即便記憶痕跡細胞在那里，沒有蛋白質合成這些細胞的突觸不會增強，記憶丟失，”利根川進說。

　　但令人驚訝地是，當研究人員隨后采用光遺傳學工具重新激活阻斷蛋白質合成的記憶痕跡細胞時，他們發現小鼠顯示出回想起全部記憶的跡象。

　　利根川進說：“如果你在用茴香毒素處理的動物中采用一些自然喚回記憶的觸發因素來測試記憶恢復，動物將失憶，你無法誘導出記憶恢復。但如果你直接轉向推測的記憶痕跡承載細胞，采用光線來激活它們，你可以讓記憶恢復，盡管一直都沒有LTP。”

　　“開創性研究”

　　利根川進研究小組開展了進一步的研究證實，記憶并不是存儲在個別記憶痕跡細胞中由蛋白質合成增強的突觸里，而是在多組記憶痕跡細胞的回路及它們之間的連接中。

　　“我們提出了一個新概念：即每個記憶都有一條記憶痕跡細胞集合體回路。這一回路包括了多個大腦區域和這些區域中為了某一特定記憶專門連接在一起的記憶痕跡細胞集合體，”利根川進說。

　　主要作者Tomas Ryan說，這項研究將記憶存儲利用的一些機制與記憶提取的分離開來。“記憶痕跡突觸強化對于大腦能夠訪問或提取這些特定記憶至關重要，記憶痕跡細胞之間的這些連接信號通路實現了記憶信息的編碼和存儲。”