日本冲绳科学技术大学院大学（Okinawa Institute of Science and Technology，OIST）联合筑波大学（University of Tsukuba）、生命与生命系统探索研究中心（Exploratory Research Center on Life and Living Systems，ExCELLS）及国立生理学研究所（National Institutes of Physiological Sciences）等机构，在《Science》发表研究，挑战了数十年来关于记忆存储机制的主流观点。该研究首次利用人工冬眠技术结合光电关联显微成像（correlative light and electron microscopy，CLEM），揭示了高阶突触架构对长期记忆保持的关键作用。

记忆的物理痕迹

人类大脑存储记忆需要物理痕迹，即记忆印迹（engram），由特定神经网络中突触的结构变化编码。传统观点认为，突触强化——即突触连接增强、树突棘增大——是长期记忆保持的基础。然而，近年研究发现，记忆印迹中涉及的细胞结构和数量可随时间变化而不影响回忆。OIST记忆研究单元负责人Kazumasa Tanaka表示：“我们证明并非每个突触都重要，记忆印迹架构才具有关键意义。研究表明，小型记忆印迹突触簇在冬眠后仍被保留，从而实现准确回忆。”

人工冬眠作为研究工具

2020年，筑波大学Takeshi Sakurai团队首次在小鼠中诱导人工冬眠，揭示了诱导冬眠所需的脑回路，为神经科学研究提供了新工具。在本研究中，研究人员对小鼠大脑在人工冬眠前、中、后进行成像，发现海马区超过一半的突触在冬眠中消失，神经元放电率降低约70%。突触消除与树突棘大小无关，大棘和小棘涉及的突触被移除的概率相同。令人惊讶的是，冬眠后动物的记忆回忆能力保持不变，甚至在某些情况下有所改善。论文第一作者Yu-Ju Lin表示：“逻辑上，如果所有记忆印迹突触都如传统认为的那样必不可少，记忆应该会严重退化。”

CLEM揭示突触簇保护机制

为探究记忆保持完好的原因，研究人员使用CLEM技术，将荧光显微镜与高分辨率电子显微镜结合，首次对记忆印迹进行观察。技术人员Ai Takahashi解释：“CLEM通过荧光标记定位重要蛋白，再用电子显微镜对同一区域进行高分辨率观察。”研究团队对特定记忆痕迹相关的突触进行荧光标记，发现冬眠后突触显著减少，但某些突触簇似乎被保留下来。Tanaka推测：“这表明对于长期记忆，只有特定突触簇重要，其余可能可有可无。树突棘大小在初始记忆编码中增加，但似乎不影响记忆保持。”Lin补充：“我们观察到突触簇与记忆保持之间的相关性，但尚未证明因果关系。”

未来方向

研究人员希望继续研究这些核心突触簇的保护机制。Tanaka总结：“我们揭示了记忆保持所需架构的一些线索，但还有许多问题待探索：大脑如何随时间维持这种结构？不同记忆如何相互作用？”研究团队还计划研究人工冬眠的其他方面。Tanaka指出：“本研究聚焦小鼠，但冬眠的神经回路在包括人类在内的许多哺乳动物中高度保守。通过人工冬眠研究，我们可能发现可转化至人类健康和神经科学的新见解或应用。”

来源：BioTechniques（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）