阿尔伯特爱因斯坦医学院的研究人员发现大脑中如何形成持久的记忆

你三岁时帮助你妈妈做煎饼……骑着没有辅助轮的自行车……你的第一个浪漫之吻：我们如何保留对很久以前事件的生动记忆?正如 4 月 25 日在线发表在Neuron上的一篇论文所述，阿尔伯特爱因斯坦医学院的研究人员已经找到了解释。

“学习新信息并将其长期存储的能力是大脑最显着的特征之一，” Robert H. Singer 博士说。，该论文的共同通讯作者。“我们在老鼠身上发现了关于形成这些长期记忆的分子基础的惊人发现。” Singer 博士是Dominick P. Purpura 神经科学系细胞生物学教授、解剖学和结构生物学名誉主席，以及爱因斯坦 RNA 生物学项目主任。

记忆的细胞基础的某些方面已经为人所知。它们由神经元(神经细胞)制成并储存在称为海马体的大脑区域。当重复的神经刺激加强突触——神经细胞之间的连接时，它们就形成了。需要蛋白质来稳定长期记忆所需的持久突触连接。这些蛋白质的蓝图是信使 RNA (mRNA) 分子，而这些分子又从记忆相关基因转录(复制)而来。

“矛盾的是，形成持久记忆需要很长时间——几个小时——但与制造蛋白质相关的 mRNA 和蛋白质会在不到一个小时内消失，” Sulagna Das 博士说。，该论文的第一作者和共同通讯作者，爱因斯坦细胞生物学研究助理教授。“怎么可能?”

为了回答这个问题，研究小组开发了一种小鼠模型，在该模型中，他们对从Arc流出的所有 mRNA 分子进行了荧光标记，Arc 是一种对于将我们的活动和其他经历转化为长期记忆至关重要的基因。研究人员刺激小鼠海马体神经元中的突触，然后使用他们开发的高分辨率成像技术实时观察单个神经细胞的结果。

令他们惊讶的是，他们观察到对神经元的单一刺激会触发许多循环，在这些循环中，记忆编码基因Arc产生 mRNA 分子，然后这些分子被翻译成突触强化 Arc 蛋白。

“我们看到一些由最初的突触刺激产生的蛋白质分子回到Arc并重新激活它，启动了另一个 mRNA 形成和蛋白质产生的循环，然后是其他几个循环，”辛格博士说。

“在每个周期中，我们看到越来越多的蛋白质在突触处积累形成‘热点’，这是记忆被固定到位的地方。我们发现了一个以前未知的反馈循环，它解释了短命的 mRNA 和蛋白质如何产生长寿的记忆，”Das 博士说。

辛格博士建议，想一想背诵一首诗所涉及的内容：“要形成持久的记忆，就需要反复阅读这首诗，而每次阅读都可以被视为一种间歇性刺激，可以为突触增加记忆构建蛋白。”

Das 博士指出，Arc基因的错误表达与人类记忆困难有关，并与包括自闭症谱系障碍和阿尔茨海默病在内的神经系统疾病有关。“我们对Arc对神经细胞刺激的反应的了解可以让我们深入了解这些健康问题的原因，”她指出。

该论文的标题是“维持长期记忆所需的短寿命蛋白质涉及转录和局部翻译的循环。” 爱因斯坦的其他作者包括 Dominick P. Purpura 神经科学系的 Pablo Lituma 博士和医学博士 Pablo Castillo。