是什么決定了記憶的長(zhǎng)短？

每天，我們的腦都會(huì)把短暫的印象、靈光一現(xiàn)的念頭以及痛苦的時(shí)刻轉(zhuǎn)化為持久的記憶。這些記憶塑造了我們的自我意識(shí)，也指導(dǎo)著我們?nèi)绾卧谑澜缰行惺隆２煌洃浀拇媪魰r(shí)長(zhǎng)是截然不同的，從幾個(gè)小時(shí)，到幾天、幾個(gè)月，甚至數(shù)十年。

那么，我們的腦究竟是如何決定哪些信息值得保留，并應(yīng)該保留多久的呢？長(zhǎng)期以來(lái)，當(dāng)科學(xué)家思考記憶為何能夠持久存在時(shí)，傾向于認(rèn)為我們的腦中存在一些具有“開(kāi)關(guān)”功能的記憶分子——只要把開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)”，這段記憶就會(huì)被標(biāo)記為持有狀態(tài)，并永久維持下去。然而，一直以來(lái)，對(duì)于記憶是如何在長(zhǎng)時(shí)間尺度上保持穩(wěn)定的分子機(jī)制，科學(xué)家知之甚少。

現(xiàn)在，一項(xiàng)新發(fā)表于《自然》雜志的研究顯示，記憶能否長(zhǎng)期儲(chǔ)存，依賴于在多個(gè)腦區(qū)中依次啟動(dòng)的一連串“分子計(jì)時(shí)器”。換言之，我們能記住什么，其實(shí)是一個(gè)持續(xù)演變的過(guò)程，而非一個(gè)一勞永逸的“開(kāi)關(guān)”動(dòng)作。

記憶“開(kāi)關(guān)”無(wú)法解釋一切

幾十年來(lái)，記憶研究主要聚焦于兩個(gè)腦區(qū)：一個(gè)是負(fù)責(zé)短期記憶的海馬，另一個(gè)是被認(rèn)為是長(zhǎng)期記憶“最終歸宿”的皮質(zhì)。科學(xué)家過(guò)去認(rèn)為，皮質(zhì)中的長(zhǎng)期記憶由某種生物學(xué)的“開(kāi)關(guān)”所控制。換言之，在已有的記憶模型中，一旦某段短期記憶被標(biāo)記為長(zhǎng)期存儲(chǔ)，它就會(huì)無(wú)限期保留。

然而，近年來(lái)，科學(xué)家逐漸意識(shí)到，這種模型過(guò)于簡(jiǎn)單。例如，它無(wú)法解釋為什么有些記憶會(huì)被遺忘，也無(wú)法解釋為什么有些記憶只持續(xù)幾周，而有些卻能伴隨一生。

2023年，神經(jīng)學(xué)家Priya Rajasethupathy和她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，存在一條連接了短期記憶與長(zhǎng)期記憶的“高速通路”。這條通路的重要組成部分，就是位于腦部中央的丘腦：丘腦不僅能幫助選擇哪些記憶應(yīng)該被保留，還負(fù)責(zé)將它們傳送到皮質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定化。

這一發(fā)現(xiàn)為探索記憶研究中一些最根本的問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)，例如：記憶在海馬短期儲(chǔ)存之后會(huì)經(jīng)歷什么？又有哪些分子機(jī)制，負(fù)責(zé)將重要記憶“提升”到皮質(zhì)長(zhǎng)期保存，并讓不重要的記憶“降級(jí)”為遺忘？

虛擬現(xiàn)實(shí)行為實(shí)驗(yàn)

為了解答這些問(wèn)題，在新的研究中，Rajasethupathy團(tuán)隊(duì)利用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)了一種行為任務(wù)，讓48只小鼠在實(shí)驗(yàn)中形成多種記憶，但在數(shù)周時(shí)間內(nèi)，只有部分記憶會(huì)被成功鞏固，而其他的記憶則被逐漸遺忘。

過(guò)去的研究表明，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，重復(fù)的次數(shù)越多，記憶越可能被長(zhǎng)期保存。因此，在新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了不同出現(xiàn)頻率的情境，讓小鼠學(xué)習(xí)不同頻率出現(xiàn)的“情境-結(jié)果”的關(guān)聯(lián)，然后對(duì)比了頻繁出現(xiàn)的情境與很少遇到的情境的記憶差異。

具體而言，小鼠會(huì)接觸兩種與獎(jiǎng)勵(lì)相關(guān)的情境，其中一種以高重復(fù)頻率呈現(xiàn)，另一種以低重復(fù)頻率呈現(xiàn)。團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，小鼠在學(xué)習(xí)階段會(huì)習(xí)得這兩種關(guān)聯(lián)，但在之后的數(shù)周內(nèi)只會(huì)保留對(duì)于高重復(fù)情境的記憶。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)整某些情境的重復(fù)次數(shù)，研究人員成功地讓小鼠對(duì)其中一部分內(nèi)容記得更牢，而對(duì)另外一些記得較弱。隨后，研究人員再檢查大腦，尋找與記憶持久性相關(guān)的機(jī)制。隨后，他們追蹤了特定腦回路中，與記憶鞏固或遺忘相關(guān)的分子程序，并觀察它們?nèi)绾坞S著時(shí)間產(chǎn)生分化。

分子計(jì)時(shí)器

他們發(fā)現(xiàn)了三種關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子——丘腦中的Camta1和Tcf4，以及前扣帶皮質(zhì)中的Ash1l：它們對(duì)記憶的最初形成并不是必需的，但對(duì)記憶的維持至關(guān)重要。干擾Camta1和Tcf4，就會(huì)破壞丘腦與皮質(zhì)之間的功能連接，從而導(dǎo)致記憶衰退。

根據(jù)這一模型，在海馬形成基本記憶之后，Camta1及其靶會(huì)確保記憶的早期穩(wěn)定性。隨著時(shí)間推移，Tcf4及其靶被激活，提供細(xì)胞黏附和結(jié)構(gòu)支持，使記憶繼續(xù)得以維持。最后，Ash1l會(huì)調(diào)動(dòng)染色質(zhì)重塑程序，使記憶變得更加牢固持久。

換言之，這表明長(zhǎng)期記憶并不是由某個(gè)單一的分子開(kāi)關(guān)維持的，而是由一系列跨腦區(qū)、隨時(shí)間依次啟動(dòng)的基因調(diào)控程序接力完成，就像一連串的“分子計(jì)時(shí)器”：最早啟動(dòng)的“計(jì)時(shí)器”開(kāi)啟得迅速，但消退得也快，使得記憶容易被快速遺忘；而后續(xù)的“計(jì)時(shí)器”啟動(dòng)更慢，卻能帶來(lái)更穩(wěn)定、持久的記憶。這種分階段的機(jī)制讓腦能夠把重要經(jīng)歷“晉升”為長(zhǎng)期記憶，而讓不重要的經(jīng)歷自然消退。

另外，值得一提的是，Ash1l 屬于一種名為“組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶”的蛋白質(zhì)家族，它在其他生物系統(tǒng)中也參與“記憶”的維持。在免疫系統(tǒng)中，這類分子能幫助身體記住過(guò)去的感染；在發(fā)育過(guò)程中，它們能幫助細(xì)胞記住自己已經(jīng)成為神經(jīng)元或肌肉細(xì)胞，并長(zhǎng)期維持這種身份。而腦可能正在重新利用這一類普遍存在的細(xì)胞記憶機(jī)制，來(lái)支持認(rèn)知層面的記憶。這些發(fā)現(xiàn)將有望對(duì)治療記憶相關(guān)疾病提供重要啟示。

在下一步研究中，研究人員將著重探索這些不同的“分子計(jì)時(shí)器”是如何啟動(dòng)的，以及是什么決定了它們的作用時(shí)長(zhǎng)。歸根結(jié)底，他們想要探索的一個(gè)重要問(wèn)題是：腦是如何判斷一段記憶的重要性，以及它應(yīng)該存在多久的？

#參考來(lái)源：

https://www.rockefeller.edu/news/38658-how-the-brain-decides-what-to-remember/

https://www.rockefeller.edu/news/38669-your-memories-are-governed-by-hidden-timers-inside-your-brain/

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09774-6

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：chenspec / Pixabay