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《Science》回答百年追问:记忆神经长啥样?

记忆在脑子里长什么样?这个问题追问了一百多年。
早期答案很粗糙。有人认为记忆像图书馆里的书,存在某个固定格子,翻出来就能读。后来发现大脑不是书架,记忆也不安分地待在单个细胞里。再后来,树突棘成为焦点——这些神经元树突上的微小凸起,被广泛视作记忆的物理载体。大而稳定的树突棘,被认为承载着长时记忆。
但这个答案始终绕不开一个悖论。树突棘在健康大脑中每天都在大量消失和新生,周转率惊人。记忆如果真的系在单个树突棘上,面对这种日复一日的更替,为什么能稳稳保留几十年?
近日《科学》发表的一项研究,用人工休眠实验撕开了这个谜团。
研究人员让小鼠进入一种类似冬眠的状态,神经活动大幅压低。结果海马区超过一半的树突棘和突触被清除,这个量级足以让任何依靠“单个棘”的理论破产。但苏醒后的小鼠记忆完好,对应的神经元群体放电模式也原封不动。
那到底什么被保留了下来?
团队对幸存突触做了精细的结构分析,发现一个清晰的规律。被保留下来的树突棘,大多连接着一种叫做多突触钮扣的结构。这是一个轴突末梢同时接触多个树突棘的位点,像一根线把多个节点串在一起。这些簇状分布的突触连接,在休眠期间被优先保存。而在真正导致记忆丧失的实验条件下,被破坏的正是这种簇状结构,而非单个树突棘的大小。
还有一个有趣的细节。超过八成被消除的树突棘,苏醒后重新出现在原来的精确位置。树突上似乎存着一套定位指令,告诉新生的棘该长在哪里。
这些结果拼出一幅新画面。记忆的神经形态不是一颗颗粗壮的孤立树突棘,而是一簇簇由多突触钮扣串联起来的连接网络。这个架构自带余量,即使大量突触被修剪,只要簇状关系保持完整,记忆就不会崩塌。大脑搭建记忆的方式,不是竖起一根根独立的柱子,而是织出一张有备份的网。
这个视角也为记忆衰退提供了不同解释。衰老或阿尔茨海默病中丢失的,可能不只是个别突触的强度,而是整套簇状连接架构。未来保护记忆,或许该从维护这张网络入手。