创新背景

纽约大学的科学家研究了加利福尼亚海蛞蝓Aplysia californica，为研究长期记忆的本质提供了新的视角。长期记忆依赖于事件的重复和复杂的神经学习过程来使这些记忆持续下去，一组神经科学家的一项新研究显示。它的发现提供了对这些类型的记忆如何形成的更详细的理解，以及对可能破坏其创造的因素的见解。

创新过程

重复是记忆形成的一个有据可查的触发因素重复的次数越多，它被记住得越牢固；然而，大脑的模式比这更复杂。研究表明，个体重复事件的影响以更微妙的方式相互作用，并且在形成长期记忆方面具有不同的作用，神经元不仅可以感知重复，还可以感知重复经历的顺序，并可以利用这些信息来区分这些事件在建立记忆中的不同模式。

例如，神经元可以按强度递增顺序分辨两个事件之间的差异，并以相反的顺序分辨出相同的两个事件，只有在强度随时间增加时才形成记忆。研究人员试图更好地了解一个有据可查的神经过程背后的原因，特别是重复事件诱导长期记忆，而单个事件却无法做到这一点。目前尚不清楚的是重复事件如何相互作用以形成记忆。

加利福尼亚海蛞蝓Aplysia californica

为了探索这个问题，科学家们研究了加利福尼亚海蛞蝓Aplysia californica。Aplysia是此类研究的模式生物，因为它的简单记忆在分子和细胞水平上得到了很好的理解。控制它们的神经元可以在培养皿中分离和研究，正如该研究的作者在这里所做的那样，复制记忆形成的所有基本组成部分。

研究人员通过应用重复的化学脉冲来“训练”这些神经元，这些化学脉冲复制了Aplysia对刺激的反应，例如通常用于实验的轻度电击。然后，他们监测神经元之间连接的长期加强，从而模仿然后观察长期记忆的形成。两次试验学习是一种技术，其中Aplysia，甚至是孤立的Aplysia神经元，可以在两次经历后形成长期记忆，单次试验没有效果，但两次试验，如果时间间隔适当，就会产生效果。

ERK的激活与失活

作为这些实验的一部分，研究人员专门检查了记忆所需的蛋白质ERK的活性。

以前，科学家们认为ERK激活应该在学习过程中建立起来。但在PNAS的研究中，研究人员发现了一个更复杂的动态：激活ERK（因此有利于记忆）的分子和那些使ERK失活（因此反对记忆）的分子之间的“拉锯战”。研究人员指出，仅仅经过一次审判，“拔河”的停用方占了上风，ERK活动被逮捕，阻止了记忆的形成。相比之下，需要进行第二次试验来防止ERK活性的下降，从而使记忆得以控制。

两种训练程序对比实验

科学家们使用了训练程序的不同变化，根据刺激模式对记忆产生不同影响的改变。他们通过改变用于模拟电击的化学物质浓度来改变个人训练项目的“强度”。当两项试验训练包括不同强度的事件时，只有“弱-强”的训练模式产生了长期记忆，而相反的“强-弱”序列则没有产生长期记忆。换句话说，相同的试验组合只有在强度增加时才有效果，但如果强度随着时间的推移而降低，则不会产生影响。

科学家们认为，这可能代表了一种进化适应，优先考虑对不断升级的刺激的记忆 - 正如他们指出的那样，强度上升的事件比强度降低的事件具有更大的预测能力。因此，长期记忆的形成取决于ERK的两个竞争方中的哪一个获胜。

创新价值

更重要的是，这项工作表明，重复事件的影响不仅仅是累积的。事实上，它们具有不同的作用，例如启动和确认信息对长期记忆的承诺。神经元不仅可以感知重复，还可以感知刺激的顺序，它们利用这些信息来区分不同的体验模式。