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海马体（hippocampus）因其形状类似海马而得名，是大脑中负责记忆形成和空间导航的关键区域。然而，直到最近，科学家们仍难以将记忆的形成过程与特定的分子信号联系起来。

现在，来自奥地利科学技术研究所（ISTA）和马克斯·普朗克多学科科学研究所的研究团队可能已经揭开了这一谜团。他们的研究成果发表在《PLOS生物学》上。

历史上，著名病例亨利·古斯塔夫·莫莱森（Henry Gustav Molaison，简称HM）为理解海马体的功能提供了关键线索。1953年，HM因严重癫痫接受了双侧海马切除术。术后，他的癫痫症状消失，但出现了严重的顺行性遗忘症——他无法形成新的记忆，却能回忆起手术前的事件。这一病例首次将海马体与记忆形成明确联系起来。

目前，海马体被认为是大脑中参与记忆巩固和空间导航的核心区域。它负责将短期记忆转化为长期记忆，并促进个人经验的编码和提取。

在由ISTA生命科学教授Peter Jonas、Olena Kim和Yuji Okamoto领导的新研究中，一个国际神经科学家团队发现了驱动记忆处理的分子机制的新细节。通过结合结构生物学、分子生物学和功能电生理学方法，他们精确观察了苔藓纤维突触——海马体中颗粒细胞与锥体细胞之间的关键连接点。

记忆中心：海马体内的神经元网络

在海马体内，多种类型的神经元参与记忆处理。例如，颗粒细胞负责接收来自其他脑区的传入信号，并对其进行整合和传递。这些信号通过颗粒细胞的轴突（称为苔藓纤维）传输，与锥体细胞形成突触连接。在突触处，神经递质作为信使分子促进信号传递，最终触发记忆的形成和储存。

苔藓纤维突触以其高度的可塑性而著称，即它们能够根据刺激改变自身的活动、结构和连接强度。这种适应性使海马体能够正确处理信息并区分相似的线索。例如，当同时遇到一只豹子和一只黑猫时，苔藓纤维突触在编码和处理这些区别性特征中发挥关键作用，从而帮助检索记忆和信息。

苔藓纤维突触的分子机制

苔藓纤维突触中信号处理的分子细节此前尚不清楚。2020年，Peter Jonas、Carolina Borges-Merjane和Olena Kim开始使用一种名为“Flash and Freeze”的新技术研究苔藓纤维突触的结构。该技术能够在神经元受到刺激后立即将其冷冻，从而捕捉到动态变化。

在新研究中，科学家们进一步推进了这项技术，不仅研究突触的结构，还研究信号处理过程中分子水平的变化。他们重点关注两种位于神经递质释放区的蛋白质：Cav2.1钙通道和Munc13。Cav2.1通道通过钙离子内流触发神经递质释放，而Munc13则参与神经递质囊泡的启动和融合。

此前的研究多使用化学固定的大脑样本，无法反映动态过程。为了克服这一局限，研究团队利用活跃的大脑组织，通过破坏标记技术（如免疫金标记）结合电子显微镜，观察了这些蛋白质在刺激后的纳米级重排。

分子重排：记忆形成的微观基础

在ISTA同事Ryuichi Shigemoto教授和科学家Walter Kaufmann的协助下，研究人员用化学方式刺激大脑组织样本中的颗粒细胞，以激活记忆形成过程。随后，组织被立即冷冻并切片，利用电子显微镜观察Cav2.1和Munc13的位置。结果显示，刺激后这两种蛋白质发生了纳米级重排，彼此靠得更近，类似于月球的表面特征。

进一步的实验表明，这种重排与苔藓纤维突触的功能密切相关。Peter Jonas总结道：“激活后，我们观察到两个变化：首先，突触前膜附近的囊泡数量增加；其次，Cav2.1和Munc13发生纳米重排，使突触传递更强烈、更精确。这两种变化都可能有助于记忆的形成。”

该研究揭示了海马体关键突触的结构与功能之间的关系，为理解记忆形成的分子机制提供了新见解。尽管记忆相关疾病（如阿尔茨海默病）常与海马体功能障碍有关，但此前我们无法捕捉到驱动记忆形成的分子信号。这项研究为未来开发针对记忆障碍的疗法奠定了基础。