原来一个单一的记忆会存储在许多相连的大脑区域

一项创新的全脑绘图研究显示，“记忆印记”，即编码记忆的神经元集合，广泛分布在包括之前未被实现的区域之间

　　

   

   

许多大脑区域被发现可能参与编码记忆(上图)，也被发现参与重新激活的回忆(下图)。

Picower研究所的科学家们的一项新研究在麻省理工学院学习与记忆提供了最全面和严格的证据,哺乳动物的大脑存储单个内存分布广泛,功能连接复杂跨越许多大脑区域,而不是在一个甚至几个地方。

记忆先驱Richard Semon早在一个多世纪前就预测到了这种“统一的记忆符号复合体”，但这项新研究需要应用几项最近才发展起来的技术，才能证实他的假设。在这项研究中，该团队确定了几十个先前不知道与记忆有关的区域，并对它们进行了排序。研究表明，当多个记忆存储区域被重新激活时，回忆记忆的行为会变得更加强大，而不仅仅是一个区域。

“当谈到记忆存储，我们通常都会提到海马体或大脑皮层，”该研究的联合首席作者兼通讯作者Dheeraj Roy说。他在皮考尔研究所(Picower Institute)的RIKEN-MIT神经电路遗传学实验室(RIKEN-MIT Laboratory for Neural Circuit Genetics)攻读研究生时开始了这项研究，由皮考尔研究所(Picower Institute)资深作者、皮考尔教授长川进(Susumu Tonegawa)领导。“这项研究反映了对记忆编码细胞或记忆‘记忆印记’的最全面的描述，这些细胞分布在整个大脑，而不仅仅是众所周知的记忆区域。”它基本上为高概率刻印区域提供了第一个排序列表。这一列表应该会带来许多未来的研究，无论是在我们的实验室还是在其他团队中，我们都对此感到兴奋。”

罗伊现在是麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的麦戈文研究员，以及麻省理工学院神经科学实验室的冯国平教授，除了他之外，该研究的其他主要作者是朴英均(Young-Gyun Park)、金敏英(Minyoung Kim)、张颖(Ying Zhang)和小川智(Sachie Ogawa)。

内存映射

研究小组通过对小鼠247个以上的大脑区域进行无偏的分析，绘制出了参与记忆记忆复合体的区域图。这些小鼠被从家中的笼子带到另一个笼子，在那里它们感到了一个小但难忘的电刺激。在一组老鼠中，当它们表达记忆编码所需的基因时，它们的神经元被改造成荧光的。在另一组中，通过自然回忆zap记忆而被激活的细胞(例如，当老鼠回到zap的场景时)被荧光标记。因此，通过记忆编码或回忆激活的细胞可以很容易地在显微镜下看到，在使用一种名为SHIELD的技术保存大脑并进行光学清除后，该技术由Picower研究所的副教授、共同通讯作者Kwanghun Chung开发。医学工程与科学研究所和化学工程系。通过使用计算机来计算每个样本中荧光细胞的数量，研究小组绘制出了明显具有显著记忆编码或回忆活动的大脑区域的地图。

这些地图突出了许多预期参与内存的区域，但也突出了许多没有参与内存的区域。为了帮助排除那些可能被与zap记忆无关的活动激活的区域，研究小组将他们在编码zap记忆或回忆zap记忆的老鼠的大脑中所看到的，与那些被简单地留在家中笼子里的对照组的大脑中所看到的进行了比较。这使得他们能够计算出一个“记忆印记指数”，对117个大脑区域进行排序，这些区域极有可能与记忆印记复合体有关。他们通过改造新的小鼠来深化分析，在这些小鼠中，参与记忆编码和回忆的神经元可以被双重标记，从而揭示哪些细胞表现出这些活动的重叠。

作者指出，要想成为一个真正的印迹细胞，一个神经元在编码和回忆时都应该被激活。

“这些实验不仅在已知的海马体和杏仁核区域显示了显著的记忆体再激活，而且在许多丘脑、皮质、中脑和脑干结构中也显示了再激活，”作者写道。“重要的是，当我们将通过记忆印索引分析确定的大脑区域与这些重新激活的区域进行比较时，我们观察到，在分析之间，大约60%的区域是一致的。”

内存操作

在对极有可能与记忆印复合体有关的区域进行排序后，该团队进行了多次操作，以直接测试他们的预测，并确定记忆印复合体区域是如何协同工作的。

例如，他们改造了老鼠，使被记忆编码激活的细胞也能被闪光控制(一种被称为“光遗传学”的技术)。然后，研究人员用闪光灯从他们的记忆印表列表中选择大脑区域，看看刺激这些区域是否会人为地重现冻结在原地的恐惧记忆行为，甚至当老鼠被放置在没有发生电击的“中性”笼子里时也是如此。

研究人员观察到:“引人注目的是，当光基因刺激时，所有这些大脑区域都能诱发强烈的记忆回忆。”此外，他们的分析表明，刺激那些对刺激记忆无关紧要的区域确实没有产生冻结行为。

该团队随后演示了复杂记忆印中的不同区域是如何连接的。他们选择了两个众所周知的记忆区域，海马体的CA1和基底外侧杏仁核(BLA)，以及那里的光遗传激活的记忆印记细胞，在中性的笼子中诱导记忆回忆行为。他们发现，刺激这些区域会在特定的“下游”区域产生记忆回忆活动，这些“下游”区域被认为可能是记忆记忆复合体的成员。与此同时，在CA1或BLA(即当小鼠被放回经历过电击的笼子时)中，光基因抑制自然电击记忆的行为会导致下游记忆复杂区域的活动减少，这与他们在自然记忆不受阻碍的小鼠中测量的结果相比。

进一步的实验表明，记忆印图复合体神经元的光遗传再激活遵循着与自然记忆回忆中观察到的相似的模式。因此，在确定了自然记忆编码和回忆似乎发生在一个广泛的记忆印记复杂的情况下，该团队决定测试重新激活多个区域是否比重新激活一个区域更能提高记忆回忆。毕竟，之前的实验已经表明，仅仅激活一个记忆区域，并不会像自然记忆那样产生生动的回忆。这一次，研究小组使用了化学方法来刺激不同的记忆复杂区域，当他们这么做时，他们发现，实际上，同时刺激三个涉及的区域比只刺激一个或两个区域产生更强的冻结行为。

分布式存储的意义

罗伊说，通过将单一的记忆存储在如此广泛的复杂结构中，大脑可能会提高记忆的效率和弹性。

他说:“当我们试图记住以前的事情时，不同的记忆印记可能会让我们更有效地重建记忆(同样，在初始编码中，不同的记忆印记可能会提供与原始经验不同的信息)。”“其次，在疾病状态下，如果一些区域受损，分布式记忆可以让我们记住之前的事件，在某种程度上对区域损伤更有抵抗力。”

从长远来看，第二种想法可能会为治疗记忆障碍提供一种临床策略:“如果一些记忆障碍是由于海马或皮质功能障碍造成的，我们能否以其他区域尚未被研究的记忆细胞为目标，这样的操作能否恢复一些记忆功能?”

这只是研究人员可以提出的许多新问题之一，因为这项研究已经揭示了哺乳动物大脑中至少一种记忆的位置。

文章标题

Brain-wide mapping reveals that engrams for a single memory are distributed across multiple brain regions