Only Perception: 科學家將形成記憶的腦細胞對話解碼

2009-12-31

科學家將形成記憶的腦細胞對話解碼

Scientists decode memory-forming brain cell conversations
http://www.physorg.com/news180162150.html

December 16, 2009

神經元間在「形成」與「回想（rcall）」記憶時所進行的對話被 Georgia 醫學院的科學家解碼了。

即時辨識記憶形成與回憶上的突破，為客觀、完善的記憶研究以及最終更好的治療方法開啟了大門，Dr. Joe Tsie（錢卓博士）表示，神經科學家與 MCG 的腦與行為發現研究所副主任。他是一篇於 12/16 發表在 PLoS ONE 之研究的通訊作者。

"那是個開始，記憶的第一次速覽，" Dr. Tsien 表示。"那首度賦予我們看見腦部動態的能力並區別何種記憶形成；什麼是記憶的組成要素，以及記憶如何在網路的層次上被回憶（retrieved）。" 這些發現能幫忙指出在何種階段下，記憶形成有瑕疵，以及藥物是否正在改善它。

為了他們的研究，MCG 科學家將新技術以及運算方法與具有百年歷史的巴夫洛夫制約（Pavlovian conditioning）結合。

當老鼠學習將某種音調與20秒後的足部溫和電擊產生關連時，研究者在老鼠腦部的記憶中心裡使用 128 個電極，其能力除了監測一堆神經元當中的每一個之外，還能同時記錄二、三百個神經元的對話。一套計算演算法將神經元的嘰嘰喳喳翻譯成可識別且動態的活動圖案（activity pattern），那提供科學家一條軌跡，或，一幅「當記憶形成與回想時，看起來像什麼」的圖像。

"藉由傾聽神經元的活動，我們能夠破解這種即時動態圖案以及這些交談的意義，所以這真的令人滿意，" Dr. Tsien 表示，Georgia 研究聯盟認知與系統神經生物學卓越學者。

每當此軌跡被回想時，它都會稍微改變 -- 很有可能是這隻囓齒目動物的心情或處境已經改變了 -- 但仍能被辨識成某種特定記憶。

這些科學家之後使記憶的回憶（retrieval）與老鼠的動作產生關連，例如聽見音調時呆若木雞，或著回到發生腳部電擊的隔間內。他們發現，這些軌跡與記憶分數（memory scores）密切相關：那些分數愈低的老鼠可預見一種更為模糊的軌跡，而這些軌跡較強烈的老鼠則有更好的行為表現，例如在預期電擊時凍住。"在行為層次上，他只是暫停不動，但這種解碼「即時記憶」的技術將精確告訴你，他在想什麼，" Dr. Tsien 表示。

一如預期，當老鼠在一小時後，返回發生制約（conditioning）的隔間時，他們一再停住，平均來說，時間是在回憶圖案浮現腦中 1.4 秒之後。若他們被置於沒有「足部電擊史」的設置中，這些老鼠在聽見該音調後也會凍住。

最令人驚訝的發現之一是，當他們聽見此音調 20 秒後，足部電擊的記憶軌跡是唯一會浮現在他們腦中的記憶：這正是溫和電擊隨後到來的時間。"你認為我們（人類）是唯一能區分時間的那些？" Dr. Tsien 表示這是「時間記憶」令人意想不到的證據。

記憶問題，這種最基本的認知功能可在任何層次上發生 -- 學習、強化（consolidating）、儲存或回憶。觀察記憶即時形成的能力應可協助指出問題在哪裡，使更具目標性的研究與最終治療方法成為可能，Dr. Tsien 表示。

"如果你不知道基本的生物標記，諸如血糖或胰島素濃度，就很難評估與研究糖尿病。在不知道記憶軌跡是什麼的情況下，你根本就沒有精確的生理學生物標記來研究記憶，也無法可靠評估治療記憶失調的效果。我們都知道行為有時相當容易使人產生誤解。" 他提到，能夠辨識何種記憶產生以及該記憶有多好，也能顯著形塑機器的發展，那直接受心智控制而非把雙手當媒介物使用。

這些研究是在海馬迴的 CA1 區域中完成，一個經充分記錄的、形成聯想記憶（associative memories）的中心。Dr. Tsien 說，其他記憶區域也需進行類似測試。

相關技術已在提升病患的照護。例如，必要運動神經元連接的初步研究正在提升「心控」義肢的發展，而電極則能幫忙確認發作（seizures，譯註：如伊比力斯症）源於何處。但是 Dr. Tsien 的記憶試驗能在人身上進行之，還需要花時間並改善非侵入式記錄技術。

※ 相關報導：

＊ Neural Population-Level Memory Traces in the Mouse Hippocampus
http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0008256