我們都知道，記憶在海馬體中形成，在皮層中長期儲存。

可是，這中間遺漏了關鍵環節——大腦是如何從眾多記憶中精選出“珍藏版”記憶的呢？

以現有的技術，我們還無法實現連續數週監測大腦多個區域的活動。因此，雖然能夠得知初始記憶和長期記憶被大腦儲存在何處，但初始記憶向長期記憶的轉化過程，仍然很難窺探到。

美國洛克菲勒大學的Priya Rajasethupathy及其同事們藉助虛擬遊戲技術和開發的全新腦成像技術，實現了對小鼠多個腦區的單個神經元活動進行長期監測。他們發現，前丘腦是鞏固記憶的關鍵區域，記憶在海馬體形成後，由前丘腦進行挑選並整理，傳遞給皮層成為長期記憶[1]。

文章於近日發表在Cell期刊上。

 

論文首頁截圖

VR遊戲很多人都十分熟悉，這是一種利用虛擬現實技術建立的遊戲。透過頭部追蹤、手柄等裝置，玩家進入虛擬現實環境進行操作，例如探索攀爬、射擊、解謎等，獲得身臨其境的體驗。

在這項研究中，為了方便使用長時間監測小鼠的情景記憶與大腦活動，研究者們便給小鼠精心設計了一場VR遊戲。

小鼠戴上裝置後，進入虛擬迷宮遊戲。在這場遊戲中，小鼠的不同路線決策會獲得不同程度的獎勵或懲罰，最終到達終點。與此同時，在遊戲外的現實世界裡，研究者們讓小鼠在一個被固定好的球體上奔跑，透過其奔跑速度、舔舐行為（體現對獎懲的預期）來判斷小鼠的學習和記憶能力。

實驗設計

結果發現，經過5天獎賞訓練後，小鼠不僅學會了往哪些區域跑會得到非常高的獎賞以及低獎賞、懲罰，並在短期內（訓練結束後的6天內）可以很好地記住這些不同路線。比如，在前往懲罰區時會放慢速度，而前往獎賞區時會加速或舔舐嘴巴。

然而在近一個月後，小鼠只會向迷宮中那些能夠獲得高獎賞的區域奔跑，這意味著小鼠的大腦裡只留下了和高獎賞相關的記憶，而其它獎懲相關的路線就無關緊要了。

不過，當抑制海馬體時，小鼠無法學習並形成短期記憶；抑制皮層時，則無法形成長期記憶，這驗證了之前的觀點。

 

抑制海馬體後，學習和短期記憶能力缺失（B、D）；抑制皮層後，長期記憶能力缺失（F）

進一步研究表明，前丘腦是記憶的重要紐帶。前丘腦不僅能夠直接投射到皮層，也可以接受海馬體的直接投射。另外，對小鼠大腦在生成和儲存不同獎賞記憶時，其神經活動的差異進行對比後發現，不同於海馬體和皮層，前丘腦產生了特有的記憶相關訊號。

值得注意的是，臨床上，前丘腦受損的患者可能會出現不同程度的逆行性遺忘症，例如健忘綜合徵（科薩克夫綜合徵）的患者。這激發了研究者們的好奇心。

隨後，研究者們發現，使用光遺傳學技術抑制前丘腦時，小鼠的初始記憶形成不受影響，但是長期記憶的形成受阻礙。相反，刺激前丘腦時，會有更多的初始記憶被精選為“典藏版”記憶。

剛才提到，面對高、低程度獎賞以及懲罰，小鼠最後只會保留與高獎賞相關的記憶，奔著高獎賞的路線而去。而刺激前丘腦後，小鼠對獎賞也不挑剔了，一段長時間後，高、低獎賞相關的路線都被牢牢記在腦子裡，形成長期記憶。

 

抑制（D、E）或增強（L、M）前丘腦時，小鼠的長期記憶能力發生改變

不僅如此，結合他們開發的新技術，研究者們對小鼠前丘腦、海馬體和皮層中的單個神經元進行成像，實時觀察並記錄初始記憶形成以及長期記憶轉化過程中這些神經元的活動。

結果顯示，在小鼠形成初始記憶後，前丘腦–皮層之間有一群神經元活動逐漸加強，大概2周時達到峰值，經鑑定發現這些神經元與長期記憶形成相關；而在此期間，海馬體–前丘腦、海馬體–皮層之間的神經元活動，並沒有什麼變化。

前丘腦–皮層之間的神經元在形成初始記憶後一段時間內活躍

這些說明，海馬體形成初始記憶後，將記憶交付給了前丘腦；接著，前丘腦在一定時間內從這些記憶中挑選有價值的進行整理，傳遞給皮層以長期保管。而且根據上述結果可以看出，形成初始記憶後的2周內，是前丘腦最繁忙的時候，2周後大部分記憶已經完成“歸檔”。

《細胞》期刊封面：前丘腦神經元在歸納記憶

隨著日新月異的技術發展、人們的認知提升，神經學中的許多難題迎刃而解，是時候讓我們的大腦對自己有個深刻的認知了。研究者們表示，未來將進一步探索前丘腦到底是如何判斷一段記憶是否值得“珍藏”。

所以看到最後，這篇文章、這項研究成果，是在你的海馬體中悄悄溜走，還是被前丘腦“精選”為長期記憶，入駐大腦皮層了呢？

參考文獻：

[1]https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00167-8 

來自： 奇點神思