这里有个有趣的思维实验:如果你的记忆存储在神经元之间的物理连接中,而这些连接像宇宙大扫除一样被抹去,你的记忆还能幸存吗?显然,答案是肯定的——至少如果你是一只被人工冬眠的小鼠。一项发表在《科学》杂志上的新研究表明,记忆可以比那些据称承载它们的突触的彻底毁灭更长久。灭霸会气疯的。

神经科学的传统观点认为,学习会物理性地加强和扩大神经元之间的连接,而这些变化构成了记忆。问题是:这些连接是可塑的,意味着它们不断变化。正如日本冲绳科学技术大学院大学的神经科学家田中一诚所说:“如果你把第一天这些连接的排列与第四五天相比,它们非常非常不同。”为了弄清楚一个持续多年的记忆如何能坐落在每几天就变化的硬件上,田中团队决定让变化更戏剧化一些。他们诱导小鼠进入类似冬眠的状态,这基本上抹去了超过一半的突触。然而,小鼠显然保留了它们的记忆。因为它们当然会这样。

冬眠通常是松鼠、仓鼠和熊的专长,但触发它的神经回路在哺乳动物中是保守的——即使是在野外从不冬眠的物种中,如小鼠。2020年6月,由筑波大学神经科学家樱井武领导的一个团队(也是田中研究的合作者)开发了一种技术,通过刺激下丘脑中一组名为Q神经元的群体来人工激活这一回路。结果产生了一种名为QIH的状态,即Q神经元诱导的低体温和低代谢。

“通过我们的方案,我们可以将小鼠的体温降至大约20摄氏度,它们的心率和呼吸频率也显著下降,”田中解释道。这是否算真正的冬眠取决于你的参照点:熊减少代谢需求但保持体温在36或37摄氏度左右,而一些松鼠进入深度冬眠,体温接近冰点。“人工冬眠介于这个范围的中间,”田中说。

QIH最重要的是可以随意开关。在田中的实验中,小鼠在类似冬眠的状态下度过48小时,然后醒来。对于它们的突触来说,这48小时就像灭霸的响指。

为了测量突触的破坏程度,田中团队将四极管——一束细电极——植入自由活动小鼠的海马体,使他们能够记录单个神经元的放电。他们发现,一旦进入冬眠,活动下降了约70%。脑组织也通过连续块面扫描电子显微镜在冬眠前、期间和之后几天进行成像。结果发现,冬眠消除了超过一半的突触——这原则上应该抹去大部分记忆。“如果你接受记忆痕迹存在于单个突触的功效中,如果你失去超过一半的突触连接,当然你会预期记忆随后受损,”田中说。但团队没有发现这种损伤。

在冬眠前,小鼠接受了两个标准记忆任务的训练:情境恐惧条件反射(将盒子与轻微电击关联)和加迷宫任务(学习导航以获取奖励)。这两个任务都依赖于海马体记忆,通过在训练后在该区域制造损伤来确认,这会导致记忆消失。但是,当经历QIH的小鼠被唤醒时,它们表现得与非冬眠小鼠一样好。“我们在这两种不同的行为范式中发现,记忆完全完好无损,”田中声称。

这些记忆的幸存也……