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体验塑造我们的学习方式

“我们的主要问题是,体验如何改变大脑的学习方式?”加州大学戴维斯分校心理学系和神经科学中心副教授布莱恩·威尔特根说。“如果一直缩小到神经元的水平,经验会改变它变成可塑性的方式吗?”

威尔特根(Wiltgen)的实验室使用实验小鼠来了解称为海马体的大脑结构中学习和记忆的基础细胞和分子机制。与野生表亲不同,实验小鼠可以抵御食肉动物的攻击,它们温暖,饱食,照顾得很好,但它们的生活经验却与野生小鼠不同。

数十年来对实验室啮齿动物的研究表明,在神经细胞之间的连接处发现的一种称为NMDA受体的蛋白质对于形成新的记忆至关重要。如果您对小鼠进行简单的培训,则可以通过给它们一种可阻断NMDA受体的药物来阻止它们学习。

Wiltgen研究小组的研究生Ana Crestani和Jamie Krueger使用了一种简单而强大的训练程序,称为“情境恐惧调节”。将小鼠置于新环境中(他们从未去过的地方),几分钟后通过地板上的电气化网格。这种感觉与将舌头放在电池上的感觉大致相同。震惊震惊了老鼠,结果,他们学会了害怕新环境。与在实验室小鼠中完成的其他工作一致,他们发现,如果NMDA受体被阻滞,则动物对第二天的经历没有记忆。

为了了解有经验的动物是否以相同的方式学习,研究人员对以前经历过恐惧调节但处于不同环境中的小鼠进行了训练。当这些动物在新环境下训练时,即使NMDA受体被阻滞,它们也可能会产生反应。

威尔特根说:“这表明,有经验的动物使用与幼稚的受试者不同的可塑性机制来形成记忆,即使他们正在学习完全相同的事物也是如此。”换句话说,我们的神经元形成新连接的方式取决于其先前的历史,这种现象被称为“可塑性”。

重新激活网络

动物通过建立和加强神经元网络之间的联系来形成记忆。Wiltgen的假设是,如果重新激活现有网络,则可能以新方式形成连接。

“在我们的实验中,我们发现先前激活的神经元比其邻居更容易兴奋。也就是说,当受到刺激时,它们激发了更多的动作潜能。”威尔特根说。

他们假设这些神经元的兴奋状态可以使它们具有不同种类的可塑性-好像网络已经放大并准备学习新信息一样。

为了证明这一点,他们与小鼠一起工作,在这些小鼠中,先前激活的神经元会发出绿色荧光蛋白或GFP的光。神经病学和神经科学中心助理教授约翰·格雷(John Gray)和他的研究生伊登·巴拉甘(Eden Barragan)合着了这些细胞的兴奋性,发现以前激活的网络中的GFP细胞确实比其他神经元更兴奋。

重要的是,当他们训练有经验的小鼠进行情境恐惧调节任务时,他们发现GFP细胞被优先激活,表明它们形成了新的记忆。有趣的是,他们这样做的方式是独一无二的。这些神经元似乎没有使用NMDA受体,而是使用了另一种分子,即代谢型谷氨酸受体。

“当动物学习到全新的东西时,它会激活NMDA受体,从而增强突触并形成新的记忆网络。此外,被激活的细胞变得更容易被激活,这使它们可以使用不同的受体来编码其他信息。” Wiltgen说。

这些发现提供了对新体验与既有记忆的整合方式的洞察力-动物(包括人类)每天都会做的事情。然而,正如威尔特根(Wiltgen)承认的那样,与野生亲戚相比,他的实验动物仍然非常幼稚。

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