▎药明康德内容团队编辑说到拥有记忆功能的器官，我们第一反应便是大脑，无论是短期还是长期记忆，大脑中的海马体承担了记录和重现场景的工作。除了用于回忆场景，记忆也是实现适应性学习的关键，个体能通过不断地储存经验，最终产生行为上的适应性变化。几乎没有人会怀疑，大脑是能够完成上述复杂过程的唯一器官。不过，这种认知已经被《科学》一篇新论文所改变！来自日本理化学研究所的科学家发现脊髓拥有一条独立于大脑的神经回路，可以帮助脊髓记忆和学习运动行为，这也说明记忆并非大脑的专利。在过去，科学家一直对脊髓的调节控制机制感到好奇，因为它能够在没有大脑输入的情况下，自己整合不同的体感信息来执行运动输出，比如膝跳反射的神经中枢就位于脊髓。而在更特别的情况下，脊髓能够在经历各种运动任务重复训练后，自主地进行运动调整，这已经与大脑的运动学习能力类似了，但这是否属实仍需要实验进行验证。作者在论文中指出，他们在过去的无头昆虫实验中得到了灵感。在缺乏头部的条件下，昆虫的后肢仍然能根据环境刺激做出条件反射，并改变后肢的姿势。基于此现象，他们专门构建出了一个小鼠测试模型，小鼠的脊髓在特定位置被横断，避免大脑信息输入的干扰。同时小鼠的后肢仍然是自由状态，不受人为限制。小鼠在静息状态下，后肢会保持在某个位置不动，但是如果下垂到一定程度则会触发电刺激，这会令小鼠感到不适，进而脊髓反射性地抬升后肢。这种过程只需要经过10分钟，小鼠就可以学习抬升自己的后肢，避免被电刺激了，这一过程完全无需大脑参与，脊髓自身就能够记忆不适的外界刺激，并通过信息输出来调整运动。▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）
相较来说，对照组的小鼠后肢接受电刺激的条件是凌乱的，因此它们不会学习抬腿来避免刺激。在24小时后，作者还尝试交换了两组小鼠的刺激条件，结果即使刺激条件已经和昨天不同，实验组小鼠仍然会选择抬升它的后肢，这说明脊髓的记忆能力是足够持久的，并且还会对新的学习过程产生影响。有了这样的测试模型，研究者就可以继续寻找具体哪些神经元参与了脊髓的记忆学习功能。他们通过基因工程，构建了具有不同缺陷的小鼠，这些小鼠有部分脊髓神经元功能是缺失的。结果显示，位于脊髓背侧表达Ptf1a的神经元对脊髓学习很关键，这部分神经元失活会使小鼠不再根据电刺激适应性地抬起后肢；而另一方面，位于脊髓腹侧表达En1的神经元对记忆唤醒很重要，这部分神经元失活会使得实验小鼠在24小时后的测试中丢失掉抬腿行为，它们表现出没有学习过抬腿行为一样。如果人为激活正常实验鼠的En1神经元，可以让它们在第二天更加迅速地完成抬腿动作，这说明该神经元对记忆唤醒不可或缺。▲En1神经元的失活会使脊髓记忆唤醒出现障碍（图片来源：参考资料[1]）
作者指出，这些发现证明了在大脑之外，脊髓也存在可以记忆和学习的神经回路，这些结果不仅突破了过去的认知，也对治疗一些脊髓受损疾病有重要意义，比如能否通过激活某些神经元加速脊髓损伤恢复？这些问题有待未来更多研究进行探索和证明。[1] Two inhibitory neuronal classes govern acquisition and recall of spinal sensorimotor adaptation. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adf6801本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系[email protected]。
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