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◎本报记者 李晨阳
经历相似的事情,为什么有的人更倾向于保存美好的回忆,有的人更容易保留糟糕的感受?
在最近发表于《自然》杂志的一篇论文中,科学家发现,一种小分子可以给我们的记忆打上“情绪钢印”,决定你日后回忆起它,会感到快乐还是难过。
“更有趣的是,我们似乎可以操纵这个‘分子开关’,决定向大脑‘写入’积极还是消极的记忆。”论文共同第一作者李浩说,“患有焦虑、抑郁或者创伤后应激障碍(PTSD)的人,总是更倾向于记住不好的感受,希望我们的发现能够提供新的治疗方案。”
致敬经典巴甫洛夫方法
34岁的李浩是个北京出生长大的小伙子,像很多年轻人一样,他喜欢踢球、攀岩、看动画片和撸猫。
在山东大学获得学士学位后,李浩前往美国深造。这篇论文是他在索尔克研究所研究员Kay Tye实验室做博士后时的研究工作。
目前,李浩已经拿到了美国西北大学的offer,预计在2023年开启自己的独立实验室。
“几乎一切生物行为的动机,都可以归结为两大类:寻求奖励或者逃避惩罚。如果神经系统在动机的处理上出现了失调,就会导致焦虑、抑郁、成瘾等问题。”李浩向记者解释。
早在19世纪90年代,俄国著名生物学家巴甫洛夫就用一系列经典的条件反射实验,展现了生物在面对“奖惩”时的生理反应。
他的实验方法几乎家喻户晓:让狗看到食物,并且测量它的唾液分泌。之后,每次给食物,都同时提供一个响铃的声音。不久后,即使没有食物,狗也会在铃声响起时自动分泌唾液。
在最新的这篇论文中,李浩等人也采用了经典的“巴甫洛夫条件反射实验法”。在奖励行为模型里,他们会先给小鼠听一段音频,然后给它们喝一点糖水;在惩罚行为模型里,则先给小鼠听另一段音频,然后对它们的足部做一次电击。
像巴甫洛夫的狗一样,在听到一种声音时,小鼠很快就能预测之后会出现好的还是不好的事情,同时做出相应反应。接下来的实验,就交给更加先进的现代生物学技术了。
张锋团队协助设计“基因魔剪”
研究人员发现,小鼠的大脑会根据奖励或惩罚调控一种小分子多肽——神经紧张素(neurotensin)的释放。
在奖励学习中,神经紧张素会加强释放到杏仁核之底侧核,促使这里的神经元对奖励刺激产生反应,从而增强奖励学习。
而在惩罚学习里,神经紧张素的释放会被抑制,从而促使杏仁核之底侧核对惩罚刺激产生反应,并且增强惩罚学习的效率。为了进一步了解神经紧张素是怎样工作的,他们运用“基因编辑魔剪”——CRISPR-Cas9系统,敲除了杏仁核特定神经元中编码神经紧张素的基因。
被敲除基因后的小鼠,很难再把糖水的甜美和相应音频联系在一起,但它们对负面信息的反应变得更加强烈:当与足部电击相关的声音响起时,会更快地被“吓跑”或者“惊呆”。
这说明,大脑的默认状态就是倾向于恐惧的,而神经紧张素的存在,能帮助打开与积极学习有关的神经元。“从进化的角度看,这是有道理的,因为它有助于人们避免潜在的危险情况。”Tye说,“那些善于发现最糟糕情况的人,可能会对这个结果比较有共鸣。”
值得一提的是,Tye曾和著名华人科学家、Broad研究所教授张锋在同一个实验室工作。她在斯坦福大学Karl Deisseroth实验室做博士后时,张锋也在这里读博士。在这项研究中,张锋团队协助设计了实验用的CRISPR系统——这也是CRISPR首次被用于分离特定的神经递质功能。
相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04964-y
《医学科学报》 (2022-08-12 第10版 国际)