操作特定的記憶已成真？科學家更進一步理解記憶是如何在大腦中形成的！
腦神經究竟是如何儲存記憶的呢？一直是神經科學界非常感興趣的一個課題。神經科學家們認為外來的刺激(external stimuli)，將會造成腦神經生理上的改變，形成記憶的印痕(engram)。而神經元是如何連接而形成印痕的呢？Hebb提出了赫氏學習理論(Hebbian learning)─「細胞們若一起激發活化，則會連結在一起」(Cells that fire together, wire together)解釋之，因此記憶是靠一群細胞(cell ensemble)加強彼此的連結(藉由long-term potentiation, LTP)而形成的。
過去已發現大腦可以用幾乎是同一組細胞(cell ensemble)去記錄不同的記憶，那麼大腦究竟是如何去辨識在這組細胞中不同的記憶呢？來自日本富山大學的Karrem Abdou等人以光遺傳學(optogenetics)、藥理實驗等，操控老鼠對於聲音的恐懼記憶，讓在側杏仁核(lateral amygdala)同一組神經細胞，使之忘記特定的聲音的恐懼記憶，而保留了另一種恐懼記憶。結果顯示了不同的記憶是保存在同一組神經中、不同組的突觸上。
在此我將研究團隊所用的各項技術簡介一下，讀者可思考看看如何利用這些技術去設計實驗：
1.老鼠的行為實驗：
藉由給予老鼠2k Hz或7k Hz的聲響時，同時給予電擊刺激，將使老鼠對2k Hz或7k hz的聲響感到恐懼，因此形成了恐懼的記憶。以聲音刺激看老鼠是否會有靜止(freeze)的行為，即是行為上看是否具有記憶的方法。(本篇作者也有取腦組織看電生理的活性)
2.藥理：
Anisomycin(ani)可抑制蛋白質的合成，長期記憶的形成，需要合成蛋白質，以強化突觸間的連結，因此使用anisomycin可抑制長期記憶的形成。在已形成記憶的狀況下，在回憶的階段使用anisomycin，則可造成部分的失憶。若要造成完全失憶，則還需要使用tat-baclin(tBC)，這種藥物將會促使細胞自噬(autophagy)，而使細胞主動回收部分胞器和蛋白質，促使記憶完全喪失。
3.光遺傳學：
首先，選擇c-fos-tTa tg mice，由於神經活化時，c-fos是即期活化基因(immediate early gene, IEG)，而以c-fos作為啟動子(promoter)，可以標定出那些神經是被活化的。tTA則會結合活化TetO這個啟動子，而tTA的結合會被Doxycycline (DOX)抑制。因此平常可以餵食老鼠DOX，直到需要的實驗，在停止餵食DOX，則可標定該段時間活化的神經(如表現mCherry這種紅色的螢光蛋白)。接者，藉由手術將病毒注射進特定的腦區，使得只有該腦區的神經被轉入可被光刺激活化的離子通道，讓該腦區的神經被光刺激時會被活化。(簡言之，c-fos是做時間的標定，病毒是幫助做空間上的標定)。10 Hz的光刺激可觀察被標定的組織是否仍保有記憶，100 Hz的光刺激可以強化被標定的細胞間的連結(藉LTP)，1 Hz的光刺激則會弱化細胞間的連結(藉 LTD)。配合這些方法，作者發現間隔五個小時之內的發生的7 kHz和2 kHz的恐懼記憶可被幾乎同一組ensemble記憶，透過藥理實驗，他們讓老鼠可分別忘記7 kHz和2 kHz的恐懼記憶！
作者：強敬哲 C.C.Charng
原始論文：Kareem Abdou et al.; Synapse-specific representation of the identity of overlapping memory engrams; Science (2018)
過去已發現大腦可以用幾乎是同一組細胞(cell ensemble)去記錄不同的記憶，那麼大腦究竟是如何去辨識在這組細胞中不同的記憶呢？來自日本富山大學的Karrem Abdou等人以光遺傳學(optogenetics)、藥理實驗等，操控老鼠對於聲音的恐懼記憶，讓在側杏仁核(lateral amygdala)同一組神經細胞，使之忘記特定的聲音的恐懼記憶，而保留了另一種恐懼記憶。結果顯示了不同的記憶是保存在同一組神經中、不同組的突觸上。
在此我將研究團隊所用的各項技術簡介一下，讀者可思考看看如何利用這些技術去設計實驗：
1.老鼠的行為實驗：
藉由給予老鼠2k Hz或7k Hz的聲響時，同時給予電擊刺激，將使老鼠對2k Hz或7k hz的聲響感到恐懼，因此形成了恐懼的記憶。以聲音刺激看老鼠是否會有靜止(freeze)的行為，即是行為上看是否具有記憶的方法。(本篇作者也有取腦組織看電生理的活性)
2.藥理：
Anisomycin(ani)可抑制蛋白質的合成，長期記憶的形成，需要合成蛋白質，以強化突觸間的連結，因此使用anisomycin可抑制長期記憶的形成。在已形成記憶的狀況下，在回憶的階段使用anisomycin，則可造成部分的失憶。若要造成完全失憶，則還需要使用tat-baclin(tBC)，這種藥物將會促使細胞自噬(autophagy)，而使細胞主動回收部分胞器和蛋白質，促使記憶完全喪失。
3.光遺傳學：
首先，選擇c-fos-tTa tg mice，由於神經活化時，c-fos是即期活化基因(immediate early gene, IEG)，而以c-fos作為啟動子(promoter)，可以標定出那些神經是被活化的。tTA則會結合活化TetO這個啟動子，而tTA的結合會被Doxycycline (DOX)抑制。因此平常可以餵食老鼠DOX，直到需要的實驗，在停止餵食DOX，則可標定該段時間活化的神經(如表現mCherry這種紅色的螢光蛋白)。接者，藉由手術將病毒注射進特定的腦區，使得只有該腦區的神經被轉入可被光刺激活化的離子通道，讓該腦區的神經被光刺激時會被活化。(簡言之，c-fos是做時間的標定，病毒是幫助做空間上的標定)。10 Hz的光刺激可觀察被標定的組織是否仍保有記憶，100 Hz的光刺激可以強化被標定的細胞間的連結(藉LTP)，1 Hz的光刺激則會弱化細胞間的連結(藉 LTD)。配合這些方法，作者發現間隔五個小時之內的發生的7 kHz和2 kHz的恐懼記憶可被幾乎同一組ensemble記憶，透過藥理實驗，他們讓老鼠可分別忘記7 kHz和2 kHz的恐懼記憶！
作者：強敬哲 C.C.Charng
原始論文：Kareem Abdou et al.; Synapse-specific representation of the identity of overlapping memory engrams; Science (2018)
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