如何提高人們的記憶力？

來自法國的研究人員最近發現了突觸儲存信息和控制信息儲存過程的一個新機制，這一突破進展讓科學家們離揭示記憶和學習過程的神秘分子機制又近了一步。相關研究結果發表在國際學術期刊Nature上。神經元之間通過突觸傳遞信息，大約50年前科學家們發現了突觸的可塑性，科學界也一直認為突觸是記憶和學習過程中的一個重要的功能組成部分。神經遞質受體也在神經元信息傳導方面發揮關鍵作用，大約幾年之前科學家們發現神經遞質受體並非像之前認為的那樣靜止不動而是一直處於移動狀態。他們提出假設認為通過神經元活性控制受體的移動在特定時間對突觸上的受體數量進行調節能夠改變突出傳遞信息的有效性。這項新研究在上述基礎上更進一步，科學家們利用化學、電生理和高解析度成像技術開發了一種新方法能夠在突觸的一些位點上固定受體。這種方法成功的阻止了受體的移動，讓研究人員能夠研究受體移動對腦活性和學習能力的影響。結果表明受體移動對突觸可塑性有重要作用，是對神經元活性程度的一種響應。研究人員還探索了突觸可塑性在學習過程中的直接作用。通過教會小鼠識別一個特定環境，他們證明阻止受體移動可以阻斷記憶的形成，證實了突觸可塑性在這一過程中的作用。該研究為深入了解記憶的調節過程提供了新的視角。研究人員表示他們下一步的計劃是確定這種機制是否也適用的學習形式，是否能從海馬體區域擴展到大腦的其他區域。2. Science：大腦記憶形成的新機制DOI: 10.1126/science.aan3846

最近，來自霍華德休斯醫學研究所的研究者們發現了一種新的大腦記憶形成的機制。在他們發表於最近一期的《Science》雜誌的文章中，作者們描述了他們的理論，使用的生物物理學模型以及相關的發現。來自倫敦學院大學的Julija Krupic在同一期的《Science》雜誌中進行了總結，對整個記憶領域的研究進行了回顧。經過很多年的研究，科學家們終於對大腦記憶形成的機制有了相對統一的認識，即處於神經網路中的神經元活性增強導致的神經網路的建立與強化。在這一理論中，記憶的形成是由於連續的神經元活動導致神經元形成更強的連接，從而使得記憶變得強化。這一理論同時囊括了彈性特徵，即為了增強記憶，神經網路需要不斷地發生變化。這一理論進一步表明記憶的發生與強化是由於神經元快速且短暫的激活導致的，也就是所謂的LTP過程。在這一新的研究中，作者們指出可能存在另外一種記憶形成的機制，這種機制下記憶可以在較長的時間範圍內逐漸形成。他們將這一機制稱為BTSP（behavioral time scale synaptic plasticity）。新的理論表明，在長期的、連續的記憶形成過程中，不一定需要存在相互連接的神經元之間發生相互作用，而需要整個大腦空間的參與。為了檢測他們的想法，研究者們建立了生物物理徐模型，用於分析小鼠分別在快速移動與慢速移動的過程中整個大腦空間發生的事件。實驗結果支持他們的想法。Krupic稱，這種BTSP機制糴小鼠一步一步獲得好的食物來源具有重要的意義，而短期的記憶形成則幫助不大。3. 兩篇Cell Metabolism表明生酮飲食有望改善記憶，提高健康壽命doi:10.1016/j.cmet.2017.08.004doi:10.1016/j.cmet.2017.08.005

根據兩項發表在Cell Metabolism期刊上的研究，吃高脂肪低碳水化合物的飲食讓小鼠活得更長，活得更加健康。在第一項研究中，來自美國加州大學舊金山分校和巴克老齡研究所的研究人員讓小鼠循環地吃生酮飲食（ketogenic diet）和非生酮飲食（non-ketogenic diet），這迫使它們的身體產生被稱作酮體的脂肪酸，從而通過嚴格限制碳水化合物攝取來促進代謝。相比於吃對照飲食的小鼠，這些一周吃非生酮飲食下一周吃生酮飲食的小鼠不會變胖，它們的記憶也未下降，而且它們的中年死亡率下降了。在第二項研究中，來自美國加州大學戴維斯分校的研究人員讓小鼠在14月內吃生酮飲食，這些小鼠除了表現出類似的結果之外，在運動功能、握力和肌肉質量的其他指標上也得到改善。巴克老齡研究所首席執行官Eric Verdin在一項聲明中說道，「對記憶和大腦功能保存產生這樣的影響的事實讓我們感到激動人心。相比於年輕的小鼠，吃生酮飲食的年老小鼠具有更好的記憶。這確實是令人關注的。」生酮飲食通過嚴格限制碳水化合物攝取來模擬飢餓的生理學影響，其中碳水化合物是細胞代謝的常用底物。這會調動酮體，隨後酮體作為細胞代謝的主要底物，特別是在神經元中。人們一直在動物和人類中研究所謂的「禁食（fasting diet）」以便確定其安全性和有效性。這兩項以小鼠為實驗對象的研究也報道了這種特定飲食對心臟功能和基因調節的影響。它們是首次證實吃生酮飲食的動物在認知功能上獲得改善。不過還有待觀察的是，類似的結果是否可能在吃生酮飲食的人類中發生。Verdin說，「觀察到對大腦功能產生如此深刻的影響令我們感到非常激動人心。我們的結果並沒有提示著這種情形是否在人體中發生。針對這一點，我們將需要開展廣泛的臨床試驗。」doi: 10.1101/gad.298752.117

近日，來自耶魯大學的研究人員通過研究發現了兩個關鍵基因，這兩個基因或許能夠在成年哺乳動物機體中扮演分子助產士的作用，當其在小鼠機體中失活時就會誘發脆性X染色體綜合征，這是一種機體精神發育遲滯的主要原因，相關研究刊登於國際雜誌Genes & Development上。在人類和小鼠機體中，神經元往往在出生之前就已經產生，而且當處於成年階段時機體很少會產生大腦神經細胞，本文研究中，研究人員所鑒別出的兩個關鍵基因（PUM1和PUM2）對於大腦中負責學習和記憶區域的神經元的產生至關重要。當PUM1和PUM2這兩個Pumilio基因在小鼠中被敲除後，小鼠大腦相關區域中就很少有神經幹細胞產生了，而且該區域會變得非常小；隨後小鼠將不再能夠在迷宮中進行「導航」了，同時也會表現出和人類脆性X染色體綜合征相同的病症。研究者Haifan Lin指出，這兩個基因能夠控制RNA是否會被轉錄進而翻譯產生蛋白質，進行相關基因調節的研究具有重大意義，但目前研究人員對此研究較少；後期研究中研究人員還將進行更為深入的研究來探討PUM1和PUM2這兩個基因幫助產生大腦神經元細胞的精細化分子機制。5. Hippocampus：「光遺傳學」療法或能夠恢復部分阿茲海默症患者的記憶DOI: 10.1002/hipo.22756

最近，來自哥倫比亞大學的研究者們在《Hippocampus》雜誌上發表文章稱通過光遺傳學的手段能夠恢復患阿茲海默症小鼠的記憶。這一發現也許能夠改變我們對於這一疾病的理解。首先，作者通過給小鼠進行光遺傳學改造，使其在儲存記憶的時候發射光色的熒光，而在重新獲取記憶的時候發射紅色的熒光。之後，作者給予接受了遺傳改造的野生型小鼠與阿茲海默症小鼠以檸檬氣味的刺激，之後再施加電刺激，從而使這兩項記憶形成關聯。一周之後，作者再次給這些小鼠檸檬氣味的刺激。結果顯示，野生型小鼠能夠同時出現黃色與紅色的熒光，而且出現了恐懼的表現，這說明其在形成記憶的同時也發生了記憶的重新獲取（recall）。然而，阿茲海默症小鼠大腦發光的區域則明顯不同，說明它們的大腦在記憶重新獲取的過程中發生了紊亂。之後，研究者們利用一束藍光刺激小鼠的大腦，從而能夠再次激活小鼠對檸檬氣味以及電刺激的記憶，從而小鼠在再次聞到上述氣味的時候出現了顫慄的表現。這一結果或許能夠為阿茲海默症的研究與治療開拓新的視野，也能夠為飽受疾病折磨的患者提供新的希望。來自澳大利亞Edith Cowan大學的Ralph Martins認為該研究具有開發成為新型恢復阿茲海默症患者記憶的療法的潛力。然而，關鍵問題在於小鼠模型研究得出的結論能夠成功適用於臨床。特別地，人類相比小鼠在患病過程中會丟失很多的神經元，因此難以準確地靶向與某一類記憶有關的受損神經。6. NeuroImage：哪種記憶方法更好，聽聲音還是理解詞義？DOI: 10.1016/j.neuroimage.2017.05.030

根據最近發表在《Neuroimage》雜誌上的一篇文章，當我們希望記住一件事情時，最好是能夠將其與另外一件有意義的事情相聯繫，而不要簡單地重複。「當我們學習新的知識的時候，我們的大腦會通過兩條不同的方式進行短期記憶：反覆重複該詞語的發音，或將它的意思進行理解」。該文章的第一作者，來自Baycrest"s Rotman研究所的Jed Meltzer博士說道：「這兩種策略都能夠建立較好的短期記憶，但根據意思進行記憶能夠更好地維持長期的記憶。這也體現了一些事情不是越努力效果越好。」此前的研究已經關注過重複背誦對於短期記憶形成的影響，結果表明，依靠詞語的內在含義能夠幫助將其從短期記憶向長期記憶轉變。這一發現在世界上頂級的記憶冠軍中得到了體現：他們能夠通過創造有意義的故事而將許多隨機的信息加以記憶。根據最近的這一研究，研究者們能夠精確地指出負責短期記憶與長期記憶的大腦結構，從而在生理水平給出合理的解釋。「研究結果表明，負責短期記憶的大腦機制眾多，包括根據詞語的發音特徵或內在意思」，來自多倫多大學的Meltzer博士說道。「當人們的大腦受到中風或痴呆的影響之後，這些機制將會遭到破壞。因此，患者不得不選擇別的方法實現短期記憶的形成」。例如，存在記憶障礙的患者會準備一個小本子，時不時地將信息記錄下來，方便自己回憶。在該研究中，研究者們記錄了25名健康成年人在聽句子或詞語序列時的腦電波特徵。之後，參與者們被要求重複自己聽到的詞語，同時再次檢測了他們大腦的電波特徵。通過這些數據，研究者們找到了與聲音或含義有關的負責大腦短期記憶形成的區域。下一步，研究者們希望利用這些發現進行精確地大腦刺激，從而增強中風患者的短期記憶能力。7. Nature：重大突破！代謝酶ACSS2促進哺乳動物記憶形成doi:10.1038/nature22405

理解記憶如何產生、找回和最終在一生當中如何消失是詩詞歌賦當中的素材。對醫學研究人員而言，解決記憶的這些秘密是非常困難的。科學家們猜測「產生」新的記憶和儲存舊的記憶都涉及在突觸中表達蛋白。突觸是兩個神經元在功能上發生聯繫的部位。但是形成這些記憶也需要在細胞核中表達新的基因。細胞核是儲存DNA的地方，在那裡基因被「讀取」從而建立細胞特異性的功能。如今，在一項新的研究中，來自美國賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的研究人員在小鼠大腦中發現當建立新的記憶時，一種關鍵的代謝酶直接在神經元的細胞核內發揮作用從而關閉或開啟基因。相關研究結果於2017年5月31日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Acetyl-CoA synthetase regulates histone acetylation and hippocampal memory」。論文通信作者、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院細胞與發育生物學系教授Shelley L. Berger博士說，「在學習之後，這種被稱作乙醯輔酶A合成酶2（acetyl-CoA synthetase 2, ACSS2）的酶促進神經元的細胞核中的整個基因表達複合體『在現場』開啟關鍵的記憶基因。我們發現ACSS2的直接結合基因和它在調節學習和記憶的神經元中發揮的作用是兩項完全意料之外的新發現。」論文第一作者、Berger實驗室前研究生Philipp Mews博士說，這項研究為治療焦慮和抑鬱等神經精神疾病提供一種新的靶標，已知在這些疾病中，神經元的表觀遺傳機制是其中的關鍵。Mews說，「我們猜測ACSS2可能在神經退行性疾病的記憶障礙中發揮著作用。」記憶形成涉及突觸重建，這依賴於一組記憶基因協調表達。加入一種化學基團到神經元基因組的特定位點上（該過程被稱作乙醯化）打開緊密纏繞的DNA，從而能夠「讀取」參與記憶形成的基因，這就使得它們編碼的蛋白可以表達。神經生物學中的表觀遺傳機制（加入或移除這些影響基因表達的化學基團）作為不同神經元的很多功能的重要調節物而正得到人們更好地理解。在這項新的研究中，Berger團隊發現酶ACSS2結合到神經元中的記憶基因上，從而直接調節和促進它們中的乙醯化過程，這最終控制小鼠的空間記憶形成。Berger團隊首先利用體外培養的神經元開展研究，結果發現ACSS2在分化的神經元的細胞核中增加表達，並且聚集在高度表達的基因上的增加的組蛋白乙醯化的位點附近。與此同時，ACSS2水平下降會降低神經元的細胞核中的乙醯輔酶A水平和乙醯化水平，因而降低記憶基因表達。接著，Berger團隊利用小鼠作為實驗對象，發現如果阻斷這些小鼠體內的ACSS2表達，那麼這些小鼠針對放置在研究房間中的物體形成的長期記憶受到損害。在為期兩天的試驗中的第二天，這些實驗小鼠確實不能探測移動的物體，然而對照組小鼠能夠做到這一點。Mews說，「這是因為當缺乏ACSS2時，這些小鼠沒有分子通路讓記憶基因表達，從而不能夠保留這些物體放置在何處的記憶。」換言之，特定大腦區域中的ACSS2水平下降會破壞在形成新的記憶或者更新舊的記憶中發揮功能的關鍵基因的「讀取」。在未來，Mews和Berger希望基於這種新發現的記憶通路，阻斷海馬體中的ACSS2表達，從而阻止創傷後應激障礙患者遭受的創傷性記憶「形成」，或者甚至可能清除它們。海馬體是大腦中加工長期記憶的一個區域。8. Cerebral Cortex：科學家鑒別出100多個和大腦記憶發生相關的關鍵基因doi:10.1093/cercor/bhx083

近日，一項刊登於國際雜誌Cerebral Cortex上的研究報告中，來自西南醫學中心的研究人員通過研究鑒別出了和記憶相關的100多個關鍵基因，相關研究或為後期研究人員深入理解人類大腦記憶加工過程提供新的線索和希望。文章中研究者對特殊大腦過程背後的基因進行了深入研究，該研究或能幫助研究人員開發新型療法治療記憶損傷的患者。Genevieve Konopka教授表示，我們的研究提供了多個切入點來幫助理解人類記憶的形成過程，在所鑒別出的基因中，有很多基因此前和記憶並無關聯，但如今很多實驗室開始對這些基因進行研究，並且闡明這些基因在大腦基本功能發揮過程中扮演的關鍵角色，比如其是否對大腦發育非常關鍵？是否對於成年人的行為非常重要等？此前研究人員通過研究將特殊基因同休眠狀態的大腦行為聯繫了起來，研究者想利用相同的評估策略來計算在活性信息處理過程中大腦的活性如何。為了進行相關研究，研究人員對癲癇症患者進行記憶研究，同時幫助確定患者癲癇症發生的「源頭」，研究人員繪製出了這些患者的腦電波來理解哪些模式對於成功的記憶形成非常重要。結合相關的研究技術，研究人員發現，相比大腦處於休眠狀態下的基因而言，還存在一類不同的基因在大腦的記憶加工過程中扮演著關鍵角色，而且很多基因此前研究者並未發現和任何大腦過程直接相關。研究者Lega希望這項研究能夠幫助科學家更好地理解並且治療多種記憶損傷的疾病，比如癲癇症和阿爾茲海默病等。同時研究者還希望結合其它遺傳和認知科學知識來鼓勵更多科學家擴展當前他們的研究領域。最後研究者Lega說道，未來我們希望能夠通過聯合研究以及高質量的神經科學研究深入闡明大腦記憶發生的機制，並為後期開發治療諸如癲癇症和阿爾茲海默病的新型靶向性療法提供思路和幫助。（生物谷Bioon.com）
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