在一项由美国国立卫生研究院（NIH）支持的研究中，研究人员揭示了小鼠大脑中广泛神经网络中的记忆形成结构基础。这项工作阐明了记忆形成本质上具有高度灵活性，并以前所未有的分辨率详细描述了学习相关变化在细胞和亚细胞水平上的表现。理解这种灵活性可能有助于解释为什么记忆和学习过程有时会出现问题。
发表在《科学》杂志上的研究结果表明，被分配到记忆痕迹中的神经元通过一种称为多突触末端的非典型连接方式重新组织与其他神经元的连接。在多突触末端中，传递信息的神经元轴突与多个接收信号的神经元接触。根据研究人员的说法，多突触末端可能使先前研究中观察到的信息编码的细胞灵活性成为可能。
研究人员还发现，参与记忆形成的神经元之间并没有优先连接。这一发现挑战了“一起放电的神经元会连在一起”的传统学习理论。
此外，研究人员观察到，被分配到记忆痕迹中的神经元重新组织了某些提供能量和支持神经元连接通讯和可塑性的细胞内结构。这些神经元还增强了与称为星形胶质细胞的支持细胞的相互作用。
斯克里普斯研究所的科学家Marco Uytiepo、Anton Maximov博士及其同事使用先进的遗传工具、三维电子显微镜和人工智能技术，重建了参与学习的神经元的接线图，并识别了这些神经元及其连接在细胞和亚细胞水平上的结构变化。
为了研究与学习相关的结构特征，研究人员让小鼠接受条件任务，并在大约一周后检查它们的大脑海马区。他们选择这个时间点是因为它发生在记忆首次编码之后，但在重新组织以进行长期存储之前。利用先进的遗传技术，研究人员永久标记了学习过程中激活的海马神经元子集，从而能够可靠地识别它们。然后，他们使用三维电子显微镜和人工智能算法生成了参与学习的兴奋性神经网络的纳米级重建。
这项研究提供了对一个脑区中记忆形成结构标志的全面视图。它也提出了新的问题供进一步探索。未来的研究将至关重要，以确定类似的机制是否在不同的时间点和神经回路中起作用。此外，还需要进一步研究多突触末端的分子组成，以确定其在记忆和其他认知过程中的确切作用。
该研究得到了美国国立精神卫生研究所、美国国立神经疾病和中风研究所以及美国国立卫生研究院的“通过推进创新神经技术进行大脑研究”倡议（即BRAIN Initiative®）的资金支持。
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