大脑的“瑞士军刀”：星状细胞如何重塑我们对记忆的理解

大脑如何储存和访问我们的记忆？尽管我们对大脑的理解已经（幸运的是）从移除大脑组织以观察会发生什么开始有了很大的发展，但对于我们的记忆存放在哪里以及我们的大脑如何回忆过去的经历的精确理解仍然难以捉摸。

11 月 6 日发表在《自然》杂志上的一篇新论文研究了星形胶质细胞（因其独特的星形形状而得名）在小鼠处理和存储记忆方面所起的作用。该研究表明，这些细胞参与了记忆的形成和存储，并挑战了记忆仅存储在我们的神经元中的既定理论。

这篇论文的主要作者本杰明·丹尼恩告诉《大众科学》 ，在神经科学的早期，研究往往集中在神经元上，而将其他细胞视为相对不重要的支撑结构。然而，随着我们对大脑复杂性的理解不断加深，我们也意识到，虽然我们的神经元确实很重要，但它们并不是唯一对大脑功能做出贡献的细胞。特别是，非神经元细胞——神经胶质细胞——的作用——已经经历了全面的重新审视——其中星形胶质细胞就是一个例子。

“长期以来，星形胶质细胞一直被视为大脑中一个整体的支持细胞，”Deneen 说。然而，他继续说，“我们对星形胶质细胞的认识在过去 20 年里经历了一次复兴，重点是识别出动态生理活动、电路功能中的关键作用以及多样化的分子特性。”

现代观点认为，星形胶质细胞似乎负责大脑中的多种功能——事实上，它们的作用如此之多，以至于很难简单地回答它们的作用。“我的观点是，星形胶质细胞有点像大脑的‘瑞士军刀’，”Deneen 说。“它们与大脑中的几乎所有细胞相互作用，[并且]单个星形胶质细胞可以接触多达 100,000 个突触。”他列举了星形胶质细胞负责的多个关键活动的例子：“[它们]在形成血脑屏障方面发挥着重要作用；为神经元提供代谢支持，缓冲离子并维持离子梯度；对损伤和退化作出反应；[并且]在损伤或其他损伤时与大脑中的常驻免疫细胞相互作用。”

然而，尽管它们非常重要，我们才刚刚开始探索星形胶质细胞参与记忆形成和储存的方式。

关于大脑如何存储记忆的主流理解是，记忆分布在大脑中一个独特的神经元网络中，称为“印迹”。正如 Deneen 所解释的那样，“在细胞层面……每段记忆都由分布在大脑多个区域的不同神经元集合组成，即印迹。重要的是，单个神经元可以参与多个印迹，但每个印迹都由一组独特的神经元组成。”

这项研究调查了小鼠大脑中的星形胶质细胞（尤其是一种被称为“学习相关星形胶质细胞”或 LAA 的特殊细胞）在学习过程中和学习之后的行为。研究人员发现，在学习过程中，其中一些 LAA 被激活；在不同的环境中重新激活 LAA 似乎可以刺激记忆的回忆和相关的学习。

研究人员还发现，学习经历激活的 LAA 会维持一种由 NFIA 基因表达的蛋白质的高水平。阻止这种蛋白质的产生会阻止对相关学习经历的记忆的回忆。

因此，根据这一证据，星形胶质细胞似乎在记忆的存储和回忆中都发挥着作用。这与普遍接受的记忆以印迹形式存储的理论如何相符？

“这是我们目前在实验室里苦苦思索的问题，”Deneen 笑着说。“一种思考方式可以追溯到这样一个事实：星形胶质细胞‘倾听’神经元并做出反应以满足功能电路的需求。在学习条件下，一组神经元形成了记忆印迹，神经元可能需要将记忆的各个方面‘卸载’到星形胶质细胞，而星形胶质细胞则充当特定印迹神经元存储信息的保管库或储存器。”

无论如何，很明显，关于记忆运作的细微差别，还有许多东西需要学习——而星形胶质细胞的明显参与既提出了许多新问题，也暗示了许多新的可能性。“很明显，星形胶质细胞现在参与了记忆的回忆，”丹尼恩说。“它们是真正储存记忆还是充当检索的管道尚不清楚。也许在细胞层面上，星形胶质细胞和神经元之间存在某种‘索引’，神经元将其记忆‘信息’分发给附近的大量 LAA。”

关于星形胶质细胞本身，还有许​​多问题需要解答：例如，虽然 LAA 肯定是特化细胞，但尚不清楚是否存在不同的、预定的星形胶质细胞类型，或者是否存在进化以填补所需角色的单个细胞。“我花了二十多年时间研究星形胶质细胞的形成过程和功能，”Deneen 说，“这不是一个容易回答的问题……我认为星形胶质细胞有不同的亚型，但这不是一个非黑即白的问题。有证据表明，星形胶质细胞的不同亚型是发育编码的……但这种‘多样性’是反映了一种硬连线的、预定的状态，还是对局部环境的适应……仍有待商榷。”