我们可以通过分析大脑的基因活动来阅读记忆 | eLife 论文推荐

记忆密码甚至还可能被应用于法医学中，用来揭示遇害者死前最后的记忆。

作者 Jessica Hamzelou

翻译 郭怿暄

审校 严冰冰

记忆在大脑中对应独特的基因表达特征——这是一种最近才被发现和解开的密码。小鼠实验的研究结果表明，我们也许可以通过检测人脑中的基因表达模式来读取记忆，甚至有一天可以通过改变、修复记忆对精神疾病或记忆丧失进行治疗。

大脑在神经元之间建立新的连接以储存记忆。为此，神经元需要生成新的蛋白质——而这是由数以百计的基因控制完成的。

在探索大脑如何形成记忆的过程中，来自耶路撒冷希伯来大学的 Ami Citri 团队发现，特定的经历——例如一次电休克或是吸食一次可卡因——会引起小鼠大脑内基因表达的不同变化。

这些小鼠经历了一系列正面或负面的事件，比如，对脚部的电休克刺激，甜食犒赏，摄入使之感觉不适的化学物或可卡因。一小时后，研究团队将小鼠安乐死，并对包括海马和杏仁核在内的七个记忆相关脑区内的基因表达进行检测。

Citri 惊讶地发现，所有摄入可卡因的小鼠都表现出了大致相同的基因表达模式。这些模式非常清晰明确，因此研究团队可以仅凭检测小鼠大脑中不同基因的表达水平来猜测它们的经历，且准确率超过90%。

尽管每种经历都有不同的模式，相对而言，较为正面的经历有较为接近的基因表达特点，负面经历亦是如此，这表明小鼠对负面记忆和美好记忆的记录方式不同。

此外，过去的事件也会对基因表达模式产生影响。例如，摄入糖分的记忆，第一次吃糖的小鼠和已养成吃糖习惯的小鼠分别有不同的基因表达模式。“这种差别非常细微——我们可以据此来区分多种不同的经历，”Citri 说。“如果以基因的开关作为编码的话，在大脑中被编码的每一段记忆都有独一无二的输入。”基因表达模式通常在事件发生后约一小时达到顶峰。来自剑桥大学的 Amy Milton 表示，人类的记忆很可能以相似的方式工作，因为我们和小鼠形成记忆的机制是相同的。“这可能是非常惊人的发现”她说。

如果能找到形成记忆所必需的元件，那么，也许我们就可以帮助恢复受损的记忆

Citri 希望可以从血液样品中探测到记忆相关的基因表达特征，这样就可以在活体动物或人类身上进一步研究。他表示，他的团队已在小鼠研究中得到一些很不错的早期结果。如果可行，这将有助于理解人们如何以不同的方式经历相同的事件。“复原能力强的人可能以不同的方式编码记忆，”Milton 说。

Citri 认为，经历事件后，除了上述这些迅速达到顶峰的基因表达活动，基因上也会留下更细微而永久的记号。尽管还未进行研究，Citri 认为，表观遗传记号也许可以解释这个人在更远的过去经历过的事件。

揭示主观经历的基因表达特征也许可以为医生提供疾病状况的深层信息，比如创伤后应激障碍，甚至可能带来改变记忆的全新治疗方法。

目前对创伤记忆和恐惧症的治疗方法主要是教导患者改变应对记忆的方式，但这伴随着延长回忆痛苦记忆的过程。因此，把记忆相关的基因表达从负面模式调节为正面模式的一次性治疗方法无疑更加理想。

Citri 及其团队已经在小鼠身上实现了这个想法。去年在华盛顿特区神经科学协会的年会上 Citri 报告了这一研究，通过向小鼠注射一个与记忆形成相关的基因改变了小鼠对电休克的记忆，使之不会在电休克记忆被再次唤醒时因害怕而僵住不动。

记忆密码甚至还可能被应用于法医学中，用来揭示遇害者死前最后的记忆。来自英国布里斯托尔大学的 Clea Warburton 说，“这是个非常吸引人的想法”。

比如，也许有一天，只要检测认知相关的脑区，就能知道遇害者死前是否见过认识的人。“但是你必须极其迅速地到达现场，因为蛋白质在死后几分钟内开始降解，” Warburton 说。“和一个优秀的法医学家相比，这种办法可能无法为你提供更多的信息，但是如果最后出了一部相关的电影，倒是一点都不令人惊讶。“

深入理解并治疗记忆丧失可能是该研究发现更理想的应用方向，Warburton说。“如果我们可以找到形成记忆必需的脑区和蛋白质，我们就可以调控这些神经元，以治疗患者，例如，帮助遭受脑部损伤的患者恢复记忆。”

原文链接：https://www.newscientist.com/article/2166029-we-can-read-memories-by-analysing-brain-gene-activity/

相关论文信息

【论文题目】Salient experiences are represented by unique transcriptionalsignatures in the mouse brain

【作者】Diptendu Mukherjee, Ami Citri, et al.

【期刊】eLife

【DOI】10.7554/eLife.31220

【摘要】It is well established that inducible transcription is essential forthe consolidation of salient experiences into long-term memory. However,whether inducible transcription relays information about the identity andaffective attributes of the experience being encoded, has not been explored. Tothis end, we analyzed transcription induced by a variety of rewarding andaversive experiences, across multiple brain regions. Our results describe theexistence of robust transcriptional signatures uniquely representing distinctexperiences, enabling near-perfect decoding of recent experiences. Furthermore,experiences with shared attributes display commonalities in theirtranscriptional signatures, exemplified in the representation of valence,habituation and reinforcement. This study introduces the concept of a neuraltranscriptional code, which represents the encoding of experiences in the mousebrain. This code is comprised of distinct transcriptional signatures thatcorrelate to attributes of the experiences that are being committed tolong-term memory.

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