记忆就像向我们传达过去回声的声音，也像一支燃烧的火炬，照亮着我们前行的道路。它们引导我们度过生活中的点滴，微调我们的注意力，并影响着我们对未来事物的理解。无论是人类还是动物，都展示出记忆如何塑造我们对即将发生事件的看法以及我们对其关注的程度。加州大学旧金山分校的脑科学家劳伦·弗兰克表示:“我们知道经历会改变一些事情，但具体的机制并不总是十分清楚。”最近，在《科学进展》杂志上发表的一项研究揭示了这个谜团的一些线索。研究人员通过研究蜗牛，探索了现有记忆如何使它们更容易记住与之相关的未来事件，否则它们可能会忽略。他们发现了一种简单的机制，改变了蜗牛对这些事件的看法。
加州大学洛杉矶分校的细胞生物学家大卫·格兰兹曼表示,科学家们深入研究了先前的学习对单个细胞的未来学习的影响。他发现这是一个非常有趣的例子,通过研究一个基本的生物体,我们可以理解复杂行为是如何形成的。尽管蜗牛很简单,但这些新发现有助于研究人员进一步了解神经系统如何支持人类和其他更复杂的动物的长期记忆。
萨塞克斯大学高级研究员迈克尔·克罗斯利在最近的研究中指出,制造长期记忆是一个相当复杂的过程,尽管我们可能不知道。该过程需要大脑中的大量分子,神经细胞之间建立更强的联系。人类大脑与克罗斯利描述的“管理有限能量的小蜗牛”大脑之间的区别在于它必须知道何时值得建立记忆,何时不值得建立。
在最近的线上会议上,克罗斯利展示了一只小巧的蜗牛,名为Lymnaea,它的“精致”大脑引人注目——它只有2万个神经元,而人类大脑拥有860亿个神经元,而每个神经元的数量是它们的10倍。此外,根据克罗斯利的说法,蜗牛是“杰出的学习者”,只要接触它们就记住了一些东西,而且它们的大脑连接图和清晰的大脑回路使它们成为神经生物学研究的热点。
在实验中,研究人员给蜗牛进行了两种不同类型的训练:强烈的和微弱的。在强烈的训练中,研究人员首先向蜗牛喷洒香蕉味的水,蜗牛吃了一些但排斥了一些。在微弱的训练中,研究人员给蜗牛提供了糖,它们迫不及待地吃进去。一天后,对这些蜗牛进行了测试,结果表明它们已经将香蕉味和糖联系起来,这似乎对蜗牛更吸引人,因为它们表现出更倾向于获得水分。
相反,在一个相对轻松的训练过程中,蜗牛没有形成这样积极的联系。在这个过程中,它们被暴露在椰子味的水池中,然后是更加稀释的糖,并继续表现出吞水和吐水的混合反应。在最初阶段,这个实验有点像巴甫洛夫经典条件反射研究中的蜗牛实验,在那里狗听到铃声时会流口水。然而,研究人员随后观察了蜗牛在经历了强烈的香蕉味训练后,几个小时后进行了较弱的椰子味训练。突然,蜗牛也掌握了这个较弱的技能。
当研究人员改变训练序列并开始对蜗牛进行较弱的训练时,蜗牛无法形成记忆。虽然它们通过强有力的训练获得了一些记忆,但回顾起来,这些记忆并没有加强。同样,对口味交换的强弱训练也没有产生任何影响。科学家们发现,高强度的训练使蜗牛更容易学习,使它们更容易获得之前可能没有的知识，例如味道和稀释糖之间的弱训练联系。这种机制可能有助于大脑在适当的时候分配学习资源。例如,当蜗牛遇到食物时,它们会更加注意附近的食物来源,而当它们遇到威胁时,它们会更加敏感于危险的存在。
然而,对蜗牛的影响是短期的。高强度训练后提高学习能力的阶段只会持续30分钟至4小时,超过这个时间,蜗牛将无法在随后的弱训练阶段形成长期记忆。需要强调的是,这并不是因为它们忘记了强有力的训练;事实上,它们可以保留这种记忆长达数月。克罗斯利解释说,如果这个过程没有关闭,那可能对动物有害,因为动物不仅可能过度分配资源用于学习,还可能形成可能威胁其生存的联系。因此,具有特定的学习能力提升窗口是有意义的。
使用电极,研究人员研究了蜗牛大脑在训练它们形成长期记忆时发生的变化。他们发现大脑同时经历了两个阶段:第一阶段是对记忆本身的编码,第二阶段是改变动物感知其他事件的方式。它实际上是通过过去的经验来改变蜗牛对世界的看法。此外,他们还发现,通过抑制多巴胺的作用,他们可以诱导蜗牛的感知发生类似的变化。多巴胺是一种由负责呕吐行为的神经元产生的大脑化学物质。这种行为既使吞咽神经元保持活跃,又使呕吐神经元保持不活跃。有趣的是,这种行为在几个小时后对弱化训练产生了持久记忆。
牛津大学博士后佩德罗·雅各布赞扬研究人员对从行为到新旧记忆之间相互作用的电学基础过程的详细描述。他强调理解这背后的机制很有趣,因为它可能适用于不同物种。弗兰克并不完全相信蜗牛在弱训练后拒绝饮用加味水意味着它们对此毫无记忆。他认为拥有记忆并不一定会转化为行动,这表明区分这两者可能需要进一步的实验。
格兰兹曼强调了软体动物和像人类这样的哺乳动物在记忆和学习机制上意想不到的相似性。克罗斯利说,尽管目前在人类身上没有发现这种特殊机制,但它可能是一个广泛共享的特征,值得进一步研究。格兰兹曼还说,人们可能想知道研究感知变化是否会变得更持久。他指出,如果蜗牛暴露在某种不愉快的环境中，例如刺激使它们生病,而不是享受某种东西,那么这种情况可能会发生。
目前,克罗斯利和他的研究团队正在研究这些蜗牛大脑中发生各种动作的过程。
如您对文章感兴趣，请关注我或给我留言