旧的记忆可以促使大脑产生新的记忆

小夏 科学 更新 2024-01-30

记忆就像是向我们传达过去回声的声音,也像是一把燃烧的火炬,照亮了我们前进的道路。 它们引导我们了解生活中的点点滴滴,微调我们的注意力,并影响我们对未来事物的理解。 人类和动物都展示了记忆如何塑造我们对即将发生的事件的看法以及我们对它们的关注程度。 加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)的脑科学家劳伦·弗兰克(Lauren Frank)说:“我们知道经验会改变事物,但确切的机制并不总是很清楚。 “最近,发表在《科学进展》杂志上的一项研究揭示了这个谜团的一些线索。 通过研究蜗牛,研究人员探索了现有记忆如何使它们更容易记住与它们相关的未来事件,否则它们可能会忽略这些事件。 他们发现了一个简单的机制,改变了蜗牛对这些事件的看法。

加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)的细胞生物学家大卫·格兰兹曼(David Granzman)表示,科学家们已经深入研究了先前学习对单个细胞未来学习的影响。 他发现这是一个非常有趣的例子,说明通过研究基本有机体如何形成复杂的行为。 尽管蜗牛很简单,但这些新发现有助于研究人员进一步了解神经系统如何支持人类和其他更复杂的动物的长期记忆。

萨塞克斯大学(University of Sussex)高级研究员迈克尔·克罗斯利(Michael Crossley)在最近的研究中指出,创造长期记忆是一个相当复杂的过程,尽管我们可能不知道。 该过程需要大脑中的大量分子、神经细胞之间建立更牢固的连接。 人类大脑与克罗斯利所描述的“管理有限能量的小蜗牛大脑”的区别在于,它必须知道什么时候值得建立记忆,什么时候不值得。

在最近的一次虚拟会议上,克罗斯利展示了一只名叫Lymnaea的小蜗牛,它有一个“精致”的大脑,以其“精致”的大脑而著称——它只有20,000个神经元,而人类大脑中有860亿个神经元,每个神经元的数量是它的10倍。 此外,根据克罗斯利的说法,蜗牛是“聪明的学习者”,它们只需触摸它们就能记住事物,它们的大脑连接图和清晰的大脑回路使它们成为神经生物学研究的热门话题。

在实验中,研究人员给蜗牛提供了两种不同类型的训练:强度和弱力。 在高强度的训练中,研究人员首先用香蕉味的水喷洒蜗牛,蜗牛吃了一些,但拒绝了一些。 在虚弱的训练中,研究人员给了蜗牛糖果,它们迫不及待地想吃。 一天后,对蜗牛进行了测试,结果显示它们将香蕉味与糖联系起来,这似乎对蜗牛更有吸引力,因为它们表现出更大的水分倾向。

相反,在相对容易的训练中,蜗牛没有形成如此积极的联系。 在这个过程中,它们暴露在椰子味的池中,然后是更稀释的糖,并继续表现出吞咽和吐痰的混合反应。 在初始阶段,这个实验有点像巴甫洛夫经典条件反射研究中的蜗牛实验,狗听到铃声时会流口水。 然而,研究人员随后观察到,蜗牛在经历了浓郁的香蕉味后,几个小时后就被训练成淡淡的椰子味。 突然间,蜗牛也掌握了这个较弱的技能。

当研究人员改变训练顺序并开始弱训练蜗牛时,蜗牛无法形成记忆。 虽然他们通过高强度的训练获得了一些记忆,但回想起来,这些记忆并没有得到加强。 同样,对风味交换的强弱训练也没有任何效果。 科学家发现,高强度的训练使蜗牛更容易学习,使它们更容易获得以前可能没有的知识,例如味觉和稀释糖之间的训练环节较弱。 这种机制可以帮助大脑在正确的时间分配学习资源。 例如,当蜗牛遇到食物时,它们会更加注意附近的食物**,而当它们遇到威胁时,它们对危险的存在更敏感。

然而,对蜗牛的影响是短期的。 高强度训练后的学习提升阶段只会持续30分钟到4小时,超过这个阶段,蜗牛将无法在随后的弱训练阶段形成长期记忆。 需要强调的是,这并不是因为他们忘记了高强度的训练;事实上,他们可以将这种记忆保留数月。 克罗斯利解释说,如果这个过程没有关闭,它可能对动物有害,因为动物不仅可以过度分配学习资源,还可以形成可能威胁其生存的联系。 因此,有一个特定的学习能力提升窗口是有意义的。

研究人员使用电极研究了蜗牛大脑在训练它们形成长期记忆时发生的变化。 他们发现,大脑同时经历两个阶段:第一阶段是记忆本身的编码,第二阶段是改变动物感知其他事件的方式。 它实际上是通过过去的经历改变蜗牛对世界的看法。 此外,他们还发现,通过抑制多巴胺的作用,它们可以诱导蜗牛感知的类似变化。 多巴胺是一种大脑化学物质,由负责呕吐行为的神经元产生。 这种行为使吞咽神经元保持活跃,呕吐神经元保持不活跃。 有趣的是,这种行为在几个小时后产生了持久的减弱训练记忆。

牛津大学(University of Oxford)博士后研究员佩德罗·雅各布(Pedro Jacob)称赞研究人员详细描述了行为与新旧记忆之间相互作用的电学基本过程。 他强调,了解这背后的机制很有趣,因为它可能适用于不同的物种。 弗兰克并不完全相信蜗牛在经过微弱的训练后拒绝喝调味水意味着它们没有记忆。 他认为,拥有记忆并不一定转化为行动,这表明区分两者可能需要进一步的实验。

兰兹曼强调了软体动物和人类等哺乳动物之间在记忆和学习机制方面的意想不到的相似之处。 克罗斯利说,虽然目前还没有在人类身上发现这种特殊机制,但它可能是一个广泛共享的特征,值得进一步研究。 格兰茨曼还说,人们可能想知道研究知觉变化是否会变得更加持久。 他指出,如果蜗牛暴露在某种令人不快的环境中,例如使它们生病的刺激,而不是享受某些东西,就会发生这种情况。

目前,克罗斯利和他的研究团队正在研究这些蜗牛大脑中发生各种行为的过程。

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