创伤性记忆可以重塑大脑

美国国家生理科学研究所(National Institute for Physiological Sciences)的研究人员发现，恐惧条件反射会导致小鼠内侧前额叶皮层背侧的神经元网络活动发生学习特异性变化。本研究展示了对神经网络动态的详细可视化的组合方法的使用，并描述了可用于揭示与学习和记忆相关的神经变化的附加信息的技术。

　　

长期以来，科学家们一直在推测新记忆形成时大脑中发生的物理变化。现在，美国国家生理科学研究所(NIPS)的研究揭示了这个有趣的神经学之谜。

在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，研究小组通过使用一种结合光学和基于机器学习的方法的新方法，成功地检测了涉及创伤记忆的大脑神经元网络，捕捉了记忆形成过程中发生的复杂变化，并揭示了创伤记忆产生的机制。

动物学会适应不断变化的生存环境。包括经典条件反射在内的联想学习是最简单的学习类型之一，在过去的一个世纪里得到了广泛的研究。在过去的二十年中，分子、遗传和光遗传学方法的技术发展使得识别控制新联想记忆形成和检索的大脑区域和特定神经元群成为可能。例如，内侧前额叶皮层(dmPFC)的背侧部分对啮齿动物联想恐惧记忆的检索至关重要。然而，该区域的神经元编码和检索联想记忆的方式尚不清楚，这是研究小组的目标。

该研究的主要作者Masakazu Agetsuma解释说:“在恐惧记忆提取过程中，dmPFC显示出特定的神经激活和同步，并引发了恐惧反应，如冻结和心率减慢。”“对小鼠的dmPFC进行人工沉默抑制了恐惧反应，这表明该区域需要回忆联想恐惧记忆。因为它与涉及学习和相关精神疾病的大脑系统有关，我们想探索dmPFC的变化是如何专门调节新的联想记忆信息的。”

研究小组使用纵向双光子成像和各种计算神经科学技术来确定小鼠在恐惧调节范式下学习后前额叶皮层的神经活动是如何变化的。前额叶神经元以高度复杂的方式活动，每个神经元对各种感觉和运动事件作出反应。为了解决这种复杂性，研究小组开发了一种基于“弹性网络”(一种机器学习算法)的新分析方法，以识别哪些特定神经元编码恐惧记忆。他们使用图形建模进一步分析了神经元的空间排列和功能连接。

“我们成功地发现了一个编码恐惧记忆的神经群，”Agetsuma说。“我们的分析表明，恐惧条件反射诱导了恐惧记忆神经网络的形成，其中的中枢神经元在功能上连接了记忆神经元。”

重要的是，研究人员发现了直接证据，表明联想记忆的形成伴随着一种新的联想连接，即在最初不同的网络之间，即条件刺激(CS，如音调)网络和非条件刺激(US，如恐惧经验)网络。“我们提出，这种新发现的联系可能会通过触发对CS(即CS到CR转换的神经网络)的恐惧反应(CR)来促进信息处理。”

长期以来，人们一直认为记忆是由神经连接的增强形成的，而神经连接又通过神经元群的反复激活而得到加强。目前的研究结果基于现实观察和基于模型的分析，支持了这一点。此外，该研究还展示了如何使用组合方法(光学和机器学习)来非常详细地可视化神经网络的动态。这些技术可以用来揭示与学习和记忆有关的神经变化的额外信息。