来源：Anne Trafton | MIT新闻办公室

译者：齐玥，中国科学院心理研究所博士，美国普林斯顿大学访问学者。

导读：MIT的这项研究首次发现记忆在海马体和大脑皮层中的长时记忆区域同时完成存储。上图展现了前额叶皮层中形成永久性记忆的重要组成部分——记忆痕迹细胞（绿色和红色）。

当我们拜访一位朋友，或是去海滩嬉戏，这些经验会在大脑的海马体中形成短时记忆。然后，这些记忆会被巩固，即转换为长时记忆在大脑的其他部分存储起来。

MIT最新的一个研究针对这一记忆形成过程中的神经回路首次发现，记忆在海马体中的短时存储以及在大脑皮层中的长时存储是同时完成的。但是，长时记忆在尚未成熟的最初两周内，始终保持沉默。

本文的通讯作者，Picower研究所生物与神经科学教授SusumuTonegawa，同样也是Picower学习与记忆研究所RIKEN-MIT神经环路遗传学研究中心主任，在采访时表示，本文的这些发现为记忆巩固提出了一个完整的神经环路机制。

这一成果已于4月6日（译者按：实际发表为4月7日）发表在Science杂志上。相关研究人员表示，这将推动研究者们去修正目前记忆巩固领域的经典模型。

本文的第一作者，是研究科学家Takashi Kitamura，博士后Sachie Ogawa和研究生Dheeraj Roy。其他作者包括博士后Teruhiro Okuyama和Mark Morrissey，技术助理Lillian Smith和之前的一名博士后Roger Redondo。

记忆的长时存储

从20世纪50年代开始，通过对遗忘症患者亨利·莫莱森（患者H.M.）的研究，人们发现海马体对于形成新的长时记忆至关重要。Molaison在治疗癫痫发作的脑部手术中损伤了海马体。术后，他无法形成新的记忆，却依然能够回忆起手术前的事情。

这说明人们对具体事件的长时情景记忆并不是存储在海马体中。科学家认为这些记忆被存储在新皮层（neocortex）中，这部分皮层还负责其他认知功能，比如注意和计划。

神经科学家提出了两种主要的模型来描述记忆是如何由短时记忆形成长时记忆的。早期模型，即标准模型，认为短时记忆最初只是在海马中形成并存储，然后逐步转移到大脑新皮层并从海马中消失。

近期的模型，即多重痕迹模型，认为情景记忆的痕迹始终保留在海马中。这些痕迹存储着记忆的细节，而更加概括性的记忆轮廓则存储在新皮层中。

直至近年仍没有好的方法来测试这些理论。以往大多数的记忆研究均是基于脑损伤研究来分析特定脑区的损害对记忆的影响。直到2012年，Tonegawa的实验室开发了一种标记包含特定记忆痕迹细胞（engram cells）的方法，这些细胞包含了特定的记忆。这种技术让研究人员能够追踪记忆存储和提取时涉及到的神经环路。他们还通过使用光遗传学技术（使用光线来激活或抑制目标细胞），人工重新激活某些记忆。

在这篇新的Science研究中，研究人员使用这种技术标记了小鼠在条件化恐惧条件（当小鼠移动到特定位置时给予电击）所形成的记忆细胞。然后，他们可以使用光线在不同时间人工激活这部分记忆细胞，来观察是否诱发了小鼠的相应行为反应（身体僵硬）。研究人员还能进一步判定小鼠在习得条件化恐惧时的特定位置上激活了哪些记忆细胞，从而自然引发了它的恐惧回忆。研究人员在三个脑区中标记了记忆细胞：海马，前额叶皮层和存储记忆中情感关联的基底外侧杏仁核。

研究人员发现，在恐惧条件发生的一天之后，相关的记忆就被同时存储在海马体和前额叶的记忆痕迹细胞中。然而，前额叶中的痕迹细胞是沉默的。虽然能够人为地通过光线激活僵硬反应，但并不会引发自然回忆。

Kitamura说：前额叶皮层已经包含了特定的记忆信息。这与以往记忆巩固的标准理论相反，以往的理论认为记忆是逐步转移的，然而记忆已经存在在那里了。

在接下来的两周中，从解剖和生理活动的变化可以看出前额叶中沉默的记忆细胞逐渐成熟，直至对于动物而言这些细胞成为自然唤醒这些记忆的必要成分。同时，海马体中的痕迹细胞变得沉默，并且对自然回忆不再必要。然而，记忆的痕迹依然存在：用光线再次激活那些细胞时仍然能导致动物出现僵硬反应。

在基底外侧杏仁核中，一旦形成记忆，痕迹细胞在整个实验中便不再发生改变。这些细胞是唤醒特定记忆相关的情绪所必需的，并且与海马和前额叶中的痕迹细胞保持联系。

理论修正

这一研究结果表明，传统的记忆巩固理论可能并不准确。记忆是训练当天就同时在前额叶皮层和海马中快速形成的。

它们同时形成，然后分道扬镳。前额叶变强，而海马变弱。Morrissey说到。

多伦多病态儿童医院神经生物学实验室的首席研究员Paul Frankland（并未参与本研究）表示，这篇文章清晰地展现了，从一开始，记忆痕迹就在前额叶皮层形成。这挑战了以往关于记忆是从海马向皮层逐渐转移的说法，并指出了这些神经环路同时参与记忆形成。随着记忆的成熟，记忆提取时所涉及的神经环路平衡会发生变化。

海马体中的记忆痕迹是完全消失了还是会保留一部分，这仍有待进一步研究。目前研究者们只能监控大约两周时间内痕迹细胞的变化，但是他们已经开始着手更新技术手段来满足更长时间的监测。

Kitamura说，他认为一些记忆痕迹可能会一直留在海马中，存储那些偶然被检索到的细节。他说：为了区分两个相似的情景记忆，沉默的痕迹细胞可能会被重新激活，这样人们就能回忆起更多的细节，即使已经过了很长时间。

研究人员还计划进一步研究前额叶痕迹细胞的成熟过程。目前的研究已经表明前额叶和海马之间的联系至关重要，当阻断这两个区域的神经环路连接时，皮层中的记忆细胞就无法正常成熟。

该研究由RIKEN脑科学研究所，霍华德休斯医学研究所和JPB基金会资助。

来源：Anne Trafton | MIT新闻办公室

译者：齐玥，中国科学院心理研究所博士，美国普林斯顿大学访问学者。