科学家通过神经重编程可恢复衰老大脑中的“年轻”记忆

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童生
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科学家通过神经重编程可恢复衰老大脑中的“年轻”记忆

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一个看似不可能的成就正在改写神经科学的历史书。瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员证明,衰老导致的记忆力减退并非终局。通过精准激活特定脑细胞中的三个基因,他们成功地将老年小鼠的记忆恢复到年轻状态的水平。更令人震撼的是,这种方法甚至在阿尔茨海默病小鼠模型中显示出了修复记忆功能的能力。

这不是魔法,也不是科幻小说。这是发表在学术期刊《神经元》上的严格科学。它意味着我们可能不必被视记忆衰退为命运的安排。

洛桑联邦理工学院脑与心智研究所所长约翰内斯·格拉夫领导的团队面对一个终极问题:如果我们能够让承载记忆的神经元恢复年轻状态,是否就能恢复那些已经消退的记忆?

他们的答案涉及三个基因,合称为OSK组合。这三个基因是Oct4、Sox2和Klf4。在此之前的研究已经表明,这三个基因的精准表达可以重置细胞内与衰老相关的分子特征。研究团队的创新之处在于他们没有将这些基因应用到整个大脑,而是精准地针对了一种非常特殊的神经元:被称为记忆痕迹的神经元。

记忆痕迹是大脑中的稀疏细胞群。当我们学习某个东西时,这些细胞被激活。当我们回忆起这个记忆时,它们再次被激活。简单来说,记忆痕迹就是大脑中存储特定记忆的物理硬件。

研究人员使用了一个巧妙的标记系统。他们在学习任务中激活了特定的神经元,同时用荧光标记将这些细胞标记出来。随后,他们通过精准的脑部注射,将装载着OSK基因的腺相关病毒送入这些特定的、已被标记的细胞。这些病毒就像是精准制导的遗传导弹,只在目标神经元内释放基因指令。

实验结果令人惊叹。在老年小鼠中,当研究人员在海马体的齿状回激活OSK时,那些小鼠恢复了记忆能力,表现基本达到了年轻对照组的水平。这不是轻微的改善,而是实质性的功能恢复。

更重要的是,这种效果对不同类型的记忆都起作用。海马体的齿状回主要处理近期记忆和学习。但当研究人员将同样的方法应用于前额叶皮层时,他们恢复了数周前形成的远期记忆。换句话说,他们不仅可以让小鼠回忆起最近发生的事情,还可以让它们回忆起很久以前的事情。

部分细胞重编程可以恢复记忆痕迹神经元的分子“年轻化”,使衰老的大脑重新获得丧失的学习和记忆能力。(来源:神经科学新闻)

被重新编程的神经元显示出了年轻神经元的分子特征。核结构得到了改善,这是衰老过程中通常会出现的一个标志。经过治疗的细胞不仅在功能上恢复了年轻,在分子层面上也恢复了年轻。

研究团队随后将这种方法应用于阿尔茨海默病小鼠模型。这些模型小鼠通常在空间学习任务中表现得极为糟糕。它们无法有效地导航,记忆策略受到严重损害。

但当研究人员对这些患病小鼠的齿状回记忆痕迹进行重新编程时,不可思议的事情发生了。这些小鼠在训练期间改善了学习策略。当针对前额叶记忆痕迹进行治疗时,它们甚至恢复了长期空间记忆。进一步的分析显示,与阿尔茨海默病相关的基因活性变化和神经元放电模式的异常都得到了部分逆转。

这意味着什么?这意味着痴呆症的症状在一定程度上不是由于神经元死亡或消失,而是由于神经元"老化"而无法正常运作。如果我们能够让这些细胞恢复活力,即使疾病已经开始,我们或许也能恢复它们的功能。

这项研究的关键之处在于精准性。研究人员不是在进行全脑治疗。大规模地重新编程整个大脑可能带来不可预测的危险后果。相反,他们只针对特定的、学习相关的记忆痕迹神经元进行了治疗。他们只修复了大脑中无法回忆起特定信息的部分。

而且时间也很短暂。OSK的表达不是持久的,而是短暂的、可控的脉冲。这种策略的精明之处在于它既能获得有益效果,又能降低干扰细胞其他功能的风险。

虽然这些结果令人兴奋,但我们必须保持清醒的头脑。这仍然是在小鼠身上的研究。将其转化为人类治疗需要许多额外的步骤:安全性研究、更大规模的动物研究、最终的临床试验。

但这项研究代表了一种思维范式的转变。它表明,认知衰退和痴呆症可能不像我们之前认为的那样不可逆转。记忆不是被删除的,而是被暂时访问不了。通过修复承载记忆的硬件,我们或许能够再次访问和处理这些记忆。

这就像一个患者找到了失落已久的记忆钥匙。门一直都在那里,我们需要的只是正确的工具来打开它。现在,洛桑联邦理工学院的研究团队已经找到了这把钥匙。问题不是它是否有效,而是我们能多快地让全世界的患者受益。

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