Science：新研究在细胞和亚细胞水平上阐明记忆形成的结构特征

Science：新研究在细胞和亚细胞水平上阐明记忆形成的结构特征

在一项新的研究中，研究人员揭示了小鼠大脑中广泛的神经元网络中记忆形成的结构基础。这项研究揭示了记忆如何产生的根本灵活性，以前所未有的分辨率详细描述了细胞和亚细胞水平上与学习相关的变化。理解这种灵活性可能有助于解释为什么记忆和学习过程有时会出错。相关研究结果发表在Science杂志上。

这些研究结果表明，被分配到某个记忆痕迹（memory trace）的神经元通过一种称为多突触扣结（multi-synaptic bouton）的非典型连接重新组织了它们与其他神经元的连接。在多突触丛中，传递信号和信息的神经元轴突与接收信号的多个神经元接触。根据研究人员的说法，多突触扣结可能使先前研究中观察到的信息编码的细胞灵活性成为可能。

研究人员还发现，参与记忆形成的神经元并没有优先相互连接。这一发现挑战了传统学习理论所预测的“一起放电的神经元连接在一起”的观点。

此外，研究人员观察到，分配给某个记忆痕迹的神经元重组了某些细胞内结构，这些结构提供能量并支持神经元连接中的交流和可塑性。这些神经元还与称为星形胶质细胞的支持细胞增强了相互作用。

通过结合先进的遗传工具、三维电子显微镜和人工智能，斯克里普斯研究所的科学家Marco Uytiepo、Anton Maximov博士及其同事们重建了参与学习的神经元的接线图，并确定了这些神经元的结构变化及其在细胞和亚细胞水平上的连接。

小鼠海马体记忆印迹物理基质的超微结构分析

为了研究与学习相关的结构特征，研究人员让小鼠接受条件反射任务，并在大约一周后检查了它们大脑中的海马体区域。他们选择这个时间点是因为它发生在记忆首次编码之后，但在记忆被重新组织以进行长期存储之前。

利用先进的遗传技术，研究人员永久标记了学习过程中激活的海马体神经元亚群，从而实现了可靠的识别。他们随后使用三维电子显微镜和人工智能算法对学习中涉及的兴奋性神经网络进行纳米级重建。

这项研究提供了一个大脑区域记忆形成的结构特征的全面视图。这也为进一步探索提出了新的问题。未来的研究对于确定类似的机制是否在不同的时间点和神经回路中起作用至关重要。此外，需要进一步研究多突触扣结的分子组成，以确定它们在记忆和其他认知过程中的确切作用。

参考文献
Marco Uytiepo et al,Synaptic architecture of a memory engram in the mouse hippocampus, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ado8316.