恐惧,可以不再刻骨铭心

2016年09月07日   文章来源:花舒梨   

  俗话说,一朝被蛇咬,十年怕井绳。为什么十年都过去了,还忘不了当初的痛?说好了是被蛇咬,怎么连绳子也欺负人?恐惧,到底藏在脑的什么地方?可怕的回忆,到底能不能别再纠缠不休?北京时间9月5日晚23时,最新一期《自然-神经科学》杂志发表了中科院神经科学研究所蒲慕明 研究组关于恐惧记忆的最新研究。该组副研究员杨扬和博士生刘丹倩共同发现了一条新的神经通路,在恐惧记忆中起着关键的作用。

  恐惧:既然可以习得,也就可能忘记

  恐惧是人类的基本情绪,恐惧记忆是最难以消退的记忆之一。这可能是因为,对动物来说,对天敌的恐惧直接关乎生存。恐惧也可以通过后天的学习而获得,例如一件可怕的事情发生时,正好伴随着某种声音,那么人或动物就可能把这种声音与这件可怕的事联系起来,当再次听到这种声音时,就会唤起可怕的回忆,再度陷入恐惧。这种恐惧是特定声音引发的条件反射,称为听觉条件恐惧。同理,看到草绳感到害怕,就是由蛇的形状(视觉形象)引发的条件反射。

  在《自然-神经科学》发表的这项研究中,杨杨与刘丹倩采用的是听觉条件恐惧的范式,给小鼠听一个声音,然后电击它,等小鼠把声音和电击联系起来后,即使只给声音而不给电击,小鼠也会表现出恐惧。这是一种常见的范式,用来研究恐惧学习和记忆的神经机制。与恐惧有关的最重要的脑区是杏仁核,它参与大多数情绪的控制,尤其对恐惧的情绪反应十分重要。以往的研究发现,在听觉恐惧学习中,信息的流向是从大脑的听觉皮层和听觉丘脑通往外侧杏仁核(杏仁核的主要输入亚区,位于杏仁核的外侧区域),再投射到其他区域。

  过去,人们主要研究的是听皮层到杏仁核的投射,但反方向的投射,也就是从杏仁核到听觉皮层的投射从未被报道过。而且一个普遍的共识是,只有在猕猴的大脑中,杏仁核才会投射到感觉皮层,而在啮齿类动物中,杏仁核不会投射到感觉皮层。

  杨扬在浏览小鼠的大脑联接图谱时,突然发现,小鼠的听觉皮层也有来自外侧杏仁核的投射,于是她就和刘丹倩一起“追踪”了下去。这一追,收获巨大。她们发现,在小鼠的大脑中,以往认为负责输入的外侧杏仁核,也负责输出:直接将信息投射到大脑的初级听觉皮层。这样一来,在小鼠已经习得对声音的恐惧之后,假如科学家选择性地抑制这个连接通路,小鼠的恐惧反应就会大大降低,表现得不再害怕这个声音。这个结果的重要性在于,既然已知猕猴脑中有类似的通路,假如科学家在人脑中也能找到对应的通路,那么通过调节这个通路的活动,就可以减轻焦虑症和创伤后应激障碍等病症的症状。

  蒲慕明说,关于恐惧的神经通路有很多,但这条通路在条件恐惧学习中,占有重要地位,十分关键。这一基础研究的发现,将为未来脑疾病的治疗提供新的线索,“目前药物治疗脑疾病效果并不理想,而生理、物理刺激和干预,可能取得更好的效果。”

  成年大脑怎样“长记性”:

  经过多年研究,神经科学家们基本达成共识,认为记忆存储在以突触为基本单元的神经网络中。突触是神经元之间相互连接的结构,神经元之间的信号传递就是通过突触连接完成的。突触是动态变化的,大脑中突触的形态、数目以及连接方式都会随着学习和记忆发生变化,这就构成了记忆存储的结构基础。

  突触分为突触前和突触后两部分。突触前结构叫轴突小结,位于突触前神经元的轴突上,突触后结构叫树突棘,在突触后神经元的树突上。神经信息从轴突小结传递到树突棘。结合荧光标记和双光子显微技术,这些结构可以在活体动物中进行长期观察。

  科学家们已经知道,伴随着视觉、运动和听觉学习,相关脑区中的树突棘会发生变化。因为树突棘是突触的一部分,所以树突棘的变化可以表征突触的变化。但是,前人的研究只观察了树突棘,而没有观察与之连接的轴突小结,所以这些突触接受的信息究竟来自哪些神经元,仍然是未知的。因此杨扬和刘丹倩采用双色双光子成像技术,也就是用两种颜色的荧光同时标记了突触前和突触后神经元,以便探察所观察突触的连接信息。

  在实验中,她们标记了来自不同区域的突触前神经元和位于听觉皮层的突触后神经元,并观察了它们之间形成的突触在恐惧学习之后发生的变化。她们发现,只有外侧杏仁核(突触前)与听皮层神经元(突触后)形成的突触,在听觉恐惧学习后数目有明显增加;而其他区域与听皮层神经元形成的突触没有显着变化。这就说明,她们发现的外侧杏仁核—听皮层通路中的突触编码了听觉恐惧记忆,反过来,听觉恐惧记忆是通过在侧杏仁核-听皮层通路中添加突触的方式来存储的。

  由此,杨扬和刘丹倩还发现了一个新突触形成的规律。在成年动物的大脑皮层中,神经元的数量不会再增加,所谓的可塑性都是来自突触的变大、变小、形成或消失。在观察突触变化的时候,她们发现,98%以上的新形成的突触都遵循“部分新增”的规律——也就是说,这些新突触不是全新的,而是半新半旧的:或是在旧的轴突小结上新增一个树突棘,或是在旧的树突棘上新增一个轴突小结。这个“旧房改造”式的形成新突触的方法,既可以节省空间、细胞能量,又可节省“建材”——结构蛋白数量。杨扬说:“我们在所有与学习有关或无关的突触变化中都看到了这个现象,所以这可能是成年动物大脑中突触形成的普遍规律。”

  《自然-神经科学》的主编凯文·斯尔瓦称赞这是“一项极具价值的研究”。蒲慕明透露,基于中科院脑科学与智能技术卓越创新中心的合作机制,已有北京的人工智能科学家开始基于该研究成果研发新的人工智能存储网络。(微科普wkepu.com)

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