研究揭示小鼠大脑记忆形成的结构基础

研究揭示小鼠大脑记忆形成的结构基础

在美国国立卫生研究院 (NIH) 支持的一项研究中，研究人员证明了小鼠大脑广泛的神经元网络中记忆形成的结构基础。这项工作阐明了记忆创建的根本灵活性，以前所未有的分辨率描述了细胞和亚细胞水平上与学习相关的变化。了解这种灵活性可以解释为什么记忆和学习过程有时会出错。

结果发表于科学研究表明，与记忆痕迹相关的神经元通过一种称为多突触布顿的非典型连接重新组织了与其他神经元的连接。在多突触连接中，传输带有信息销售的信号的神经元的轴突接触接收信号的多个神经元。 研究人员表示，多突触按钮可能使先前研究中观察到的信息编码的细胞灵活性成为可能。

研究人员还发现，参与记忆形成的神经元并不优先相互连接。这一发现挑战了传统学习理论所预测的“神经元一起放电”的想法。

此外，研究人员还观察到，与记忆痕迹相关的神经元重组了某些细胞内结构，这些结构支持神经元连接的能量、交流和可塑性。这些神经元与星形胶质细胞的支持细胞之间的相互作用也有所增加。

研究科学家 Marco Uytiepo、Anton Maximov 博士结合了先进的遗传工具、3D 电子显微镜和人工智能。

该图像显示了人工智能辅助的小鼠海马神经元突触的纳米级 3D 重建。

为了研究与学习相关的结构特征，研究人员让小鼠接受调节任务，并在大约 1 周后检查大脑的海马区。他们选择这个时间是因为它发生在记忆首次编码之后、重组以进行长期存储之前。研究人员利用先进的遗传技术，永久标记了学习过程中激活的海马神经元子集，从而实现了可靠的识别。然后，他们使用 3D 电子显微镜算法和人工智能对参与学习的兴奋性神经网络进行纳米级重建。

这项研究提供了对某一大脑区域记忆形成的结构特征的全面观察。这也提出了需要进一步探索的新问题。未来的研究对于确定类似的机制是否在不同的时间点和神经回路上起作用至关重要。此外，需要进一步研究多突触按钮的分子组成，以确定它们在记忆和其他认知过程中的精确作用。

该研究得到了美国国家心理健康研究所、美国国家神经疾病和中风研究所以及美国国立卫生研究院的资助通过促进创新神经技术进行大脑研究® 倡议或大脑倡议®。

资料来源：