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神經科學家確認「記憶」的主要控制者

當你經歷新的事件時,你的腦袋藉由改變神經元之間的連結,將之編碼成一種記憶。這需要在這些神經元中開啟許多基因。現在,MIT 的神經科學家已確認是那種主控基因(master gene)控制這種複雜的過程。

12/23 當期的 Science 中描述了這項發現,不僅揭露某些記憶形成(memory formation)的分子基礎 — 那也許還能幫助神經科學家找出「記憶」在腦中的確切「位置」。

該研究團隊,由 Yingxi Lin 所領導(MIT McGovern 腦研究所的成員),他們聚焦在 Npas4 基因上,這個基因在先前研究中已證實會隨著新的經歷而立即開啟。該基因在海馬迴(hippocampus)格外活躍,這個腦部構造已知對長期記憶的形成相當關鍵。

Lin 與她的同僚發現,Npas4 會開啟其他一連串基因,那藉由調整突觸的強度或神經元間的連結而改變腦的內部連線(internal wiring,譯註:可程式化電路?)。"這是一種能使「經歷」與「最終迴路變化」產生連結的基因," Lin 表示。Lin是Frederick and Carole Middleton 腦與認知科學生涯發展助理教授(Career Development Assistant Professor)。

為了研究記憶形成的基因機制,研究者研究一種稱為脈絡恐懼制約(contextual fear conditioning)的學習類型:當老鼠進入一特殊小室時,會受到溫和的電擊。在幾分鐘內,老鼠學會了對這間小室產生恐懼,而且當牠們下一次進入那間小室時,牠們會呆住不動。

研究者們證明,Npas4 在這種制約非常早期的階段就已經開啟了。"這使得 Npas4 有別於其他活性調控基因," Lin 表示。"它們之中有許多因受到各種不同的刺激而被廣泛地誘發;它們並非真的以學習為主(learning-specific)。"

此外,Npas4 的活化主要是發生在海馬迴的 CA3 區域,CA3已知是快速學習所需之處。

“我們將 Npas4 視為初始觸發者(initial trigger),那開始作用,接著,在腦中正確的位置上,它活化下游所有目標。最終,它們將繼續以某種方式(那很可能會改變突觸的抑制,或著其他某些我們正試圖去理解的過程)修改突觸," Kartik Ramamoorthi 表示,Lin 實驗室的畢業生,以及本論文的第一作者。

基因調控

到目前為止,研究者僅確認少數幾個由 Npas4 所調控的基因,不過她們懷疑,那裡可能會有數百種以上。Npas4 是一種轉錄因子,意思是它控制其他複製到傳訊者 RNA(mRNA,這種遺傳物質可從細胞核攜帶建構蛋白質的指令到細胞其他地方)的基因。這些 MIT 專家們證明 Npas4 會結合到特定基因的活化位置並指揮一種稱為 RNA polymerase II 的酵素以便開始複製它們。

“Npas4 提供這種指令式訊號," Ramamoorthi 說。"它告訴這種聚合酶要停在某些基因上,若沒有它,聚合酶不知該往何處去。它只是在細胞核內到處漂流。"

當研究者剔除 Npas4 基因,她們發現老鼠不記得牠們可怕的制約。她們發現剔除僅位於海馬迴 CA3 區域內的 Npas4 基因也能夠產生這種效應。然而,若剔除海馬迴其餘部份的這種基因卻無效。雖然她們聚焦在脈絡恐懼制約上,不過研究者認為 Npas4 也將證明對其他類型的學習而言亦十分重要。

Gleb Shumyatsky (Rutgers 大學的遺傳學助理教授)表示,重要的下一步是確認更多由 Npas4 所控制的基因,那應當能揭露更多其在記憶形成中所扮演的角色。"那無疑是主角之一," Shumyatsky,他並未涉及此研究。"未來的實驗將證明它有多「大咖」。"

這個 MIT 團隊也計畫研究,當記憶形成時開啟 Npas4 的神經元是否與回憶那些記憶時是同樣一群。這能幫助她們精確指出是哪些神經元在儲存特定記憶。

“我們正在追獵記憶,而且我們認為我們能用 Npas4 來標記它在哪裡," Ramamoorthi 表示。"那是因為它會特地開啟,而我們現在能夠標記這些細胞,或許還可以找出該記憶位於腦中何處。"

資料來源:Neuroscientists identify a master controller of memory[December 22, 2011]

轉載自only-perception

 

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