俗話說，一朝被蛇咬，十年怕井繩。為什么十年都過去了，還忘不了當初的痛？說好了是被蛇咬，怎么連繩子也欺負人？恐懼，到底藏在腦的什么地方？可怕的回憶，到底能不能別再糾纏不休？北京時間9月5日晚23時，最新一期《自然-神經(jīng)科學》雜志發(fā)表了中科院神經(jīng)科學研究所蒲慕明研究組關于恐懼記憶的最新研究。該組副研究員楊揚和博士生劉丹倩共同發(fā)現(xiàn)了一條新的神經(jīng)通路，在恐懼記憶中起著關鍵的作用。
恐懼：既然可以習得，也就可能忘記
恐懼是人類的基本情緒，恐懼記憶是最難以消退的記憶之一。這可能是因為，對動物來說，對天敵的恐懼直接關乎生存�？謶忠部梢酝ㄟ^后天的學習而獲得，例如一件可怕的事情發(fā)生時，正好伴隨著某種聲音，那么人或動物就可能把這種聲音與這件可怕的事聯(lián)系起來，當再次聽到這種聲音時，就會喚起可怕的回憶，再度陷入恐懼。這種恐懼是特定聲音引發(fā)的條件反射，稱為聽覺條件恐懼。同理，看到草繩感到害怕，就是由蛇的形狀（視覺形象）引發(fā)的條件反射。
聽覺恐懼學習。小鼠聽到聲音然后被電擊，訓練之后將聲音與電擊關聯(lián)起來，再次聽到聲音時會表現(xiàn)出靜止不動的恐懼反應。（圖片來源：楊揚）
在《自然-神經(jīng)科學》發(fā)表的這項研究中，楊楊與劉丹倩采用的是聽覺條件恐懼的范式，給小鼠聽一個聲音，然后電擊它，等小鼠把聲音和電擊聯(lián)系起來后，即使只給聲音而不給電擊，小鼠也會表現(xiàn)出恐懼。這是一種常見的范式，用來研究恐懼學習和記憶的神經(jīng)機制。與恐懼有關的最重要的腦區(qū)是杏仁核，它參與大多數(shù)情緒的控制，尤其對恐懼的情緒反應十分重要。以往的研究發(fā)現(xiàn)，在聽覺恐懼學習中，信息的流向是從大腦的聽覺皮層和聽覺丘腦通往外側杏仁核（杏仁核的主要輸入亞區(qū)，位于杏仁核的外側區(qū)域），再投射到其他區(qū)域。
杏仁核（Amygdala）
（圖片來源：3D Brain app截圖）
過去，人們主要研究的是聽皮層到杏仁核的投射，但反方向的投射，也就是從杏仁核到聽覺皮層的投射從未被報道過。而且一個普遍的共識是，只有在獼猴的大腦中，杏仁核才會投射到感覺皮層，而在嚙齒類動物中，杏仁核不會投射到感覺皮層。
楊揚在瀏覽小鼠的大腦聯(lián)接圖譜時，突然發(fā)現(xiàn)，小鼠的聽覺皮層也有來自外側杏仁核的投射，于是她就和劉丹倩一起“追蹤”了下去。這一追，收獲巨大。她們發(fā)現(xiàn)，在小鼠的大腦中，以往認為負責輸入的外側杏仁核，也負責輸出：直接將信息投射到大腦的初級聽覺皮層。這樣一來，在小鼠已經(jīng)習得對聲音的恐懼之后，假如科學家選擇性地抑制這個連接通路，小鼠的恐懼反應就會大大降低，表現(xiàn)得不再害怕這個聲音。這個結果的重要性在于，既然已知獼猴腦中有類似的通路，假如科學家在人腦中也能找到對應的通路，那么通過調節(jié)這個通路的活動，就可以減輕焦慮癥和創(chuàng)傷后應激障礙等病癥的癥狀。
蒲慕明說，關于恐懼的神經(jīng)通路有很多，但這條通路在條件恐懼學習中，占有重要地位，十分關鍵。這一基礎研究的發(fā)現(xiàn)，將為未來腦疾病的治療提供新的線索，“目前藥物治療腦疾病效果并不理想，而生理、物理刺激和干預，可能取得更好的效果。”
成年大腦怎樣“長記性”：
舊房翻新，經(jīng)濟節(jié)能
經(jīng)過多年研究，神經(jīng)科學家們基本達成共識，認為記憶存儲在以突觸為基本單元的神經(jīng)網(wǎng)絡中。突觸是神經(jīng)元之間相互連接的結構，神經(jīng)元之間的信號傳遞就是通過突觸連接完成的。突觸是動態(tài)變化的，大腦中突觸的形態(tài)、數(shù)目以及連接方式都會隨著學習和記憶發(fā)生變化，這就構成了記憶存儲的結構基礎。
突觸分為突觸前和突觸后兩部分。突觸前結構叫軸突小結，位于突觸前神經(jīng)元的軸突上，突觸后結構叫樹突棘，在突觸后神經(jīng)元的樹突上。神經(jīng)信息從軸突小結傳遞到樹突棘。結合熒光標記和雙光子顯微技術，這些結構可以在活體動物中進行長期觀察。
左圖：兩個神經(jīng)元的連接（圖片來源：網(wǎng)絡）
右圖：突出是神經(jīng)信號傳遞的結構單元（圖片來源：楊揚）
科學家們已經(jīng)知道，伴隨著視覺、運動和聽覺學習，相關腦區(qū)中的樹突棘會發(fā)生變化。因為樹突棘是突觸的一部分，所以樹突棘的變化可以表征突觸的變化。但是，前人的研究只觀察了樹突棘，而沒有觀察與之連接的軸突小結，所以這些突觸接受的信息究竟來自哪些神經(jīng)元，仍然是未知的。因此楊揚和劉丹倩采用雙色雙光子成像技術，也就是用兩種顏色的熒光同時標記了突觸前和突觸后神經(jīng)元，以便探察所觀察突觸的連接信息。
在實驗中，她們標記了來自不同區(qū)域的突觸前神經(jīng)元和位于聽覺皮層的突觸后神經(jīng)元，并觀察了它們之間形成的突觸在恐懼學習之后發(fā)生的變化。她們發(fā)現(xiàn)，只有外側杏仁核（突觸前）與聽皮層神經(jīng)元（突觸后）形成的突觸，在聽覺恐懼學習后數(shù)目有明顯增加；而其他區(qū)域與聽皮層神經(jīng)元形成的突觸沒有顯著變化。這就說明，她們發(fā)現(xiàn)的外側杏仁核—聽皮層通路中的突觸編碼了聽覺恐懼記憶，反過來，聽覺恐懼記憶是通過在側杏仁核-聽皮層通路中添加突觸的方式來存儲的。
由此，楊揚和劉丹倩還發(fā)現(xiàn)了一個新突觸形成的規(guī)律。在成年動物的大腦皮層中，神經(jīng)元的數(shù)量不會再增加，所謂的可塑性都是來自突觸的變大、變小、形成或消失。在觀察突觸變化的時候，她們發(fā)現(xiàn)，98%以上的新形成的突觸都遵循“部分新增”的規(guī)律——也就是說，這些新突觸不是全新的，而是半新半舊的：或是在舊的軸突小結上新增一個樹突棘，或是在舊的樹突棘上新增一個軸突小結。這個“舊房改造”式的形成新突觸的方法，既可以節(jié)省空間、細胞能量，又可節(jié)省“建材”——結構蛋白數(shù)量。楊揚說：“我們在所有與學習有關或無關的突觸變化中都看到了這個現(xiàn)象，所以這可能是成年動物大腦中突觸形成的普遍規(guī)律。”
《自然-神經(jīng)科學》的主編凱文·斯爾瓦稱贊這是“一項極具價值的研究”。蒲慕明透露，基于中科院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心的合作機制，已有北京的人工智能科學家開始基于該研究成果研發(fā)新的人工智能存儲網(wǎng)絡。
責編：微科普