脑洞大开!移植记忆?来看科学家们的奇妙操作
2018/05/16
除了恢复、消除,记忆或许还可以移植。近期,加州大学洛杉矶分校的科学家们完成了一项“脑洞大开”的试验:他们将一只海兔(California sea hares)的记忆成功转移至另一只海兔的神经系统中。


Aplysia(图片来源:WIKIMEDIA, GENNY ANDERSON)

这一最新研究于5月14日发表在《eNeuro》期刊。科学家们通过注射RNA的方式完成了记忆的转移。“在不久的将来,我们或许可以利用RNA改善阿尔兹海默症、创伤后应激障碍等疾病对大脑记忆的影响。”文章作者、生理学和神经生物学教授David Glanzman畅想道。


DOI: https://doi.org/10.1523/ENEURO.0038-18.2018

有意思的试验

David Glanzman团队选取一种海兔Aplysia californica作为模型,对其尾巴进行轻微的电击(每隔20分钟被电击5次,24小时后再增加5次)。这种电击会增强海兔的防御性退缩反射(一种自我保护的反应)。

随后,当研究人员轻拍海兔时,曾经历过电击的海兔会同样表现出一种防御性的收缩(平均持续50秒)。这种简单的学习方式被称为“敏化作用”(sensitization)。而那些没有被电击过的海兔收缩反应只持续约1秒。

紧接着,研究人员从两组海兔(经历过电击和轻拍、从未被电击)的神经系统中提取RNA,并将两组RNA分别注射给7只从未接受过电击的海兔体内。

有意思的是,结果显示,已完成敏化学习的海兔的RNA,会让7只未曾接受过电击的海兔表现出自己曾经经历过电击的行为:它们会做出持续约40秒的防御性收缩。而对照组海兔并没有表现出长时间的收缩。

“这就像,我们转移了记忆!” Glanzman对此很惊喜。


Memories can be transferred between organisms by extracting ribonucleic acid (RNA) from a trained animal and injecting it into an untrained animal, as demonstrated in a study of sea snails published in eNeuro. Credit: Bédécarrats et al., eNeuro (2018)

不一样的观点

同时,他们还将两组RNA分别添加至培养皿(Petri dishes)中,这些培养皿含有提取自海兔(未曾被电击过)的神经系统(感觉神经元或者运动神经元)。

当海兔被电击后,它的感觉神经元会变得兴奋。值得注意的是,添加有电击经历海兔的RNA,会增加培养皿中感觉神经元的兴奋度,但是不影响运动神经元。而添加没有电击经历海兔的RNA并不会刺激感觉神经元。

在神经科学领域,人们一直认为记忆存储在突触中。Glanzman却依据新研究提出不同的观点,他认为记忆存在于神经元的细胞核中

“如果记忆存储在突触中,我们的试验就不可能成功。” Glanzman认为,这一发现或将改变科学家们对记忆的思考模式,它可能与由RNA诱导的表观遗传变化有关。


UCLA Professor David Glanzman holding a marine snail. Credit: Christelle Snow/UCLA

研究意义

海兔是研究大脑以及记忆功能的理想模型,其细胞生物学过程与人类非常相似,即便海兔中枢神经系统只含有约2万个神经元,而人类拥有约1000亿个神经元。

Glanzman认为,未来RNA可能会被用于唤醒、恢复老年痴呆早期患者的记忆。早在2014年他和团队曾在《eLife》期刊发文表明,失去的记忆可以恢复。下一步,Glanzman希望弄清楚负责记忆转移的RNA类型。

责编:悠然

参考资料:

RNA Moves a Memory From One Snail to Another

Biologists 'transfer' a memory

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  • RNA from Trained Aplysia Can Induce an Epigenetic Engram for Long-Term Sensitization in Untrained Aplysia

    The precise nature of the engram, the physical substrate of memory, remains uncertain. Here, it is reported that RNA extracted from the central nervous system of Aplysia given long-term sensitization training induced sensitization when injected into untrained animals; furthermore, the RNA-induced sensitization, like training-induced sensitization, required DNA methylation. In cellular experiments, treatment with RNA extracted from trained animals was found to increase excitability in sensory neurons, but not in motor neurons, dissociated from naïve animals. Thus, the behavioral, and a subset of the cellular, modifications characteristic of a form of nonassociative long-term memory in Aplysia can be transferred by RNA. These results indicate that RNA is sufficient to generate an engram for long-term sensitization in Aplysia and are consistent with the hypothesis that RNA-induced epigenetic changes underlie memory storage in Aplysia.

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