科学家绘制出脑细胞形成长期记忆的过程

格莱斯顿研究所的科学家们已经破译了一种名为Arc的蛋白质是如何调节神经元活动的，这为大脑形成持久记忆的能力提供了急需的线索。这些发现，今天在自然神经科学，也提供了新的理解，当这个过程被打乱时，分子水平上发生了什么。

在格莱斯顿高级调查员史蒂夫·芬克贝纳(医学博士、博士)的带领下，这项研究深入研究了大脑的内部运作突触．突触是高度专业化的连接，处理和传递信息之间神经元．我们大脑中大部分的突触都是在早期大脑发育但在我们的一生中，这些突触可以被建立、破坏和加强。更活跃的突触会变得更强，这是形成新记忆的必要过程。然而，这个过程也是危险的，因为它会过度刺激神经元并导致癫痫发作．因此必须加以控制。

神经科学家最近发现了大脑用来维持这种重要平衡的一个重要机制:一个被称为“稳态缩放”的过程。内稳态缩放允许单个神经元加强新神经元突触连接它们形成记忆，同时保护神经元不过度兴奋。研究人员一直不清楚神经元是如何做到这一点的，但他们怀疑Arc蛋白发挥了关键作用。

芬克贝纳博士说:“科学家知道Arc与长期记忆有关，因为缺乏Arc蛋白质的老鼠可以学习新的任务，但第二天却记不起来。神经学以及格莱斯顿所在的加州大学旧金山分校(UCSF)的生理学研究。“因为最初的观察显示Arc在学习过程中在突触上积累，研究人员认为Arc在这些突触上的存在推动了长-的形成持久的记忆．"

但芬克贝纳博士和他的团队认为还有其他因素在起作用。在实验室实验中，首先在动物模型中，然后在培养皿中进行更详细的实验，研究人员跟踪了Arc的运动。他们的发现令人惊讶。

“当单个神经元在学习过程中受到刺激时，Arc开始在突触处积累，但我们发现，不久之后，大部分Arc会穿梭到细胞核中，”论文的第一作者Erica Korb博士说，她在格莱斯顿和加州大学旧金山分校完成了她的研究生工作。“仔细观察发现，Arc蛋白本身有三个区域指导其运动:一个从细胞核输出Arc，第二个将其运输到细胞核，第三个将其保留在细胞核中。这个复杂且严格调控的系统的存在有力地证明了这一过程在生物学上是重要的。”

事实上，该团队的实验揭示了Arc作为整个稳态缩放过程的主调节器。在记忆形成过程中，某些基因必须在特定的时间打开和关闭，以产生帮助神经元躺下的蛋白质新的记忆．从细胞核内部，作者发现是Arc指导了这一过程所需的内稳态缩放发生。这在不过度刺激突触的情况下加强了突触连接，从而将学习转化为长期记忆。

Finkbeiner博士说:“这一发现很重要，不仅因为它解决了Arc在长期记忆形成过程中所起作用的长期谜团，而且还为稳态尺度过程本身提供了新的见解——这一过程的中断已经与一系列神经疾病有关。”例如，科学家最近发现，阿尔茨海默病患者的海马体(大脑的记忆中心)中的Arc已经耗尽。有可能破坏了体内平衡过程可能会导致阿尔茨海默氏症中的学习和记忆障碍。”

Arc产生和运输的功能障碍也可能是自闭症的一个重要因素。例如，遗传性疾病脆性X综合征——智力迟钝和自闭症的常见原因——直接影响神经元中Arc的产生。

Korb博士补充说:“在未来，我们希望进一步研究Arc在人类健康和疾病中的作用，可以更深入地了解这些和其他疾病，并为对抗它们的新治疗策略奠定基础。”