我們對記憶的起點和終點有一個很好的概念---短期記憶在海馬體中形成，如果情況需要，就會在大腦皮層中穩定為長期記憶。但是，在短期記憶到長期記憶之間的曲折路徑上發生了什么，卻是一個謎。
如今，在一項新的研究中，來自美國洛克菲勒大學的研究人員確定了前端丘腦（anterior thalamus）是連接海馬體和大腦皮層的一個大腦區域，是記憶鞏固過程的關鍵。相關研究結果發表在2023年3月30日的Cell期刊上，論文標題為“Anteromedial thalamus gates the selection and stabilization of long-term memories”。論文通訊作者、洛克菲勒大學的Priya Rajasethupathy說，“這些發現為理解短暫的記憶如何在整個大腦中重組為漸進的、更持久的記憶提供了動力。”
新問題，新技術
記憶鞏固的標準模型認為，海馬體形成新的記憶，并隨著時間的推移，訓練大腦皮層存儲持久的記憶。但是試圖弄清這種情況如何發生的科學家們一直受到技術限制的阻礙。
為了弄清楚在海馬體的短期工作和大腦皮層的長期回報之間發生了什么，科學家們需要在許多星期內記錄一個活躍的、思考的大腦的中間部分。但是，雖然電生理學研究可以同時捕捉到多個大腦區域，但它們不能連續數周這樣做。傳統的顯微鏡雖然可以記錄數周的大腦活動，但它們一般只能關注大腦的一個狹窄區域。
論文共同第一作者、Rajasethupathy實驗室醫學博士生Andrew C. Toader說，“我們想觀察記憶在同一只小鼠身上、在同一個神經元中如何隨時間變化。因此，我們必須開發一種新的技術，在幾周內觀察海馬體和大腦皮層之間中間區域中的神經元，跟蹤它們并觀察它們如何變化。”
有了這種新技術，Rajasethupathy和她的團隊開始研究小鼠的記憶是如何鞏固的。由于小鼠需要在數周的成像過程中保持相對靜止，該團隊讓小鼠在一個軸向旋轉的泡沫塑料球（styrofoam ball）上原地跑步，類似于跑步機，同時觀看虛擬現實迷宮。這些小鼠在迷宮中的某些轉彎得到了非常高的獎勵，而它們的其他導航決定則得到了輕微的積極或消極反饋。一個月后，這些小鼠仍然只向迷宮中那些獲得高額獎勵的區域竄去，這清楚地表明，它們只記得那些導致高額回報的決定。
圖片來自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.02.024。
論文共同第一作者、Rajasethupathy實驗室博士生Josue Regalado說，“關鍵是這些小鼠可以在短期內學習所有三種結果---非常高的獎勵、低的獎勵和不好的獎勵，但是只有高獎勵會在一個月后被記住，因為它是最突出的記憶。這樣一來，我們可以在記錄將被保存下來的記憶時測量神經回路的差異。”
焦點在前端丘腦
這些作者發現，大腦的前端丘腦似乎是海馬體和皮層之間鞏固記憶的相互作用的裁判。雖然Rajasethupathy發現這令人驚訝---“前端丘腦一直不是記憶鞏固模型的一個突出部分”---這一發現也有一定的意義。她知道，患有科薩科夫綜合征（Korsakoff Syndrome）的人出現嚴重的失憶癥和記憶喪失，而且恰好前端丘腦有病變。
進一步的研究證實，前端丘腦在小鼠的記憶鞏固中起著關鍵作用。在隨后的兩個實驗中，Rajasethupathy團隊發現，抑制前端丘腦會破壞小鼠長期記憶的形成，反之，強化前端丘腦會保留原本不會被長期儲存的記憶，并使它們持續下去。
Regalado說，“有很多方法可以使記憶不發生。這篇論文的主要突破之一是，我們發現操縱前端丘腦是提高記憶重要性的一種方法，并使小鼠長期儲存記憶。”
Rajasethupathy實驗室的未來工作將研究前端丘腦究竟如何對長期記憶的儲存做出貢獻。她說，“問題是，當記憶是有價值的，需要長期保存時，前端丘腦會做什么，而對不那么有價值的記憶卻不會這樣做。”Rajasethupathy猜測前端丘腦向大腦皮層提供定期提醒，直到記憶從短期變成長期。Rajasethupathy說，“前端丘腦在數周內與大腦皮層持續對話，說‘穩定這段記憶’。不太突出的記憶會減少，因為大腦皮層沒有從前端丘腦獲得持續的信號來保持這段記憶。”
即便如此，前端丘腦可能只是一個發展中的故事的一部分。她說，“我們不認為前端丘腦是記憶鞏固所需的唯一區域，我們希望我們的發現能與外界描述這一中間區域的其他模型相一致。我們的發現---一個明確參與小鼠記憶鞏固的中間大腦區域，該區域與患有記憶障礙的人類患者有關---為進一步研究提供了一個突破口。”（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
Andrew C. Toader et al. Anteromedial thalamus gates the selection and stabilization of long-term memories. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.02.024.
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