新研究发现，记忆不仅存在于大脑中

诸平

据美国纽约大学（New York University, New York, NY, USA）2024年11月7日提供的消息，新研究发现，记忆不仅存在于大脑中（Memories are not only in the brain, new research finds）。研究表明，肾脏（kidney）和神经组织细胞（nerve tissue cells）学习和制造记忆的方式与神经元（neurons）相似。

众所周知，我们的大脑——特别是脑细胞——会储存记忆。但一组科学家发现，来自身体其他部位的细胞也具有记忆功能，这为理解记忆的工作原理开辟了新的途径，并创造了增强学习和治疗记忆相关疾病的潜力。相关研究结果于2024年11月7日已经在《自然通讯》（Nature Communications）杂志网站发表——N. V. Kukushkin, R. E. Carney, T. Tabassum, T. J. Carew. The massed-spaced learning effect in non-neural human cells. Nature Communications, 2024; 15 (1) , Article number: 9635. DOI: 10.1038/s41467-024-53922-x. Published: 07 November 2024. https://www.nature.com/articles/s41467-024-53922-x

这项研究的主要作者、纽约大学的尼古拉·库库什金（Nikolay V. Kukushkin）解释说：“学习和记忆通常只与大脑和脑细胞有关，但我们的研究表明，身体的其他细胞也可以学习和形成记忆。”

这项研究试图通过借用长期确立的神经学特性——密集间隔效应（massed-spaced effect）——来更好地了解非脑细胞是否有助于记忆。该特性表明，我们倾向于在间隔学习时更好地记住信息，而不是在单一的、密集的学习中——更广为人知的是为了考试而填鸭式地学习。

在《自然通讯》（Nature Communications）的研究中，科学家们在实验室里研究了两种非大脑的人类细胞（一种来自神经组织，另一种来自肾脏组织），并将它们暴露在不同的化学信号模式下，从而随着时间的推移复制了学习过程——就像我们学习新信息时脑细胞暴露在神经递质的模式下一样。作为回应，非脑细胞开启了一种“记忆基因”（"memory gene"）——当脑细胞检测到信息中的一种模式并重组它们的连接以形成记忆时，它们也会开启这种基因。

为了监控记忆和学习过程，科学家们设计了这些非脑细胞，使其产生一种发光的蛋白质，这种蛋白质指示记忆基因何时开启，何时关闭。

结果表明，这些细胞可以确定化学脉冲（模仿大脑中神经递质的爆发）何时被重复，而不是简单地延长——就像我们大脑中的神经元可以记录我们学习时的休息时间，而不是一次填塞所有的材料一样。具体来说，当脉冲以间隔传递时，它们比一次性传递相同的处理更强烈，持续时间更长，激活“记忆基因”。

“这反映了密集间隔效应的作用，”纽约大学通识教育生命科学临床副教授、纽约大学神经科学中心研究员尼古拉·库库什金说。“这表明，从间隔重复中学习的能力并不是脑细胞所独有的，事实上，它可能是所有细胞的基本特性。”

研究人员补充说，这些发现不仅提供了研究记忆的新方法，而且还指出了潜在的健康益处。

尼古拉·库库什金说：“这一发现为理解记忆的工作原理打开了一扇新的大门，可能会带来更好的方法来增强学习和处理记忆问题。与此同时，它表明，在未来，我们需要更像对待大脑一样对待我们的身体——例如，考虑我们的胰腺对我们过去饮食模式的记忆，以维持健康的血糖水平，或者考虑癌细胞对化疗模式的记忆。”

这项工作是由尼古拉·库库什金和纽约大学神经科学中心教授托马斯·卡鲁（Thomas Carew）共同指导和监督。上述研究论文的作者还包括纽约大学研究员塔斯尼姆·塔巴苏姆（Tasnim Tabassum）和当时是纽约大学本科生的罗伯特·卡尼（Robert Carney）。本研究得到了美国国立卫生研究院资助{National Institutes of Health (R01-MH120300-01A1)}。

Abstract

The massed-spaced effect is a hallmark feature of memory formation. We now demonstrate this effect in two separate non-neural, immortalized cell lines stably expressing a short-lived luciferase reporter controlled by a CREB-dependent promoter. We emulate training using repeated pulses of forskolin and/or phorbol ester, and, as a proxy for memory, measure luciferase expression at various points after training. Four spaced pulses of either agonist elicit stronger and more sustained luciferase expression than a single “massed” pulse. Spaced pulses also result in stronger and more sustained activation of molecular factors critical for memory formation, ERK and CREB, and inhibition of ERK or CREB blocks the massed-spaced effect. Our findings show that canonical features of memory do not necessarily depend on neural circuitry, but can be embedded in the dynamics of signaling cascades conserved across different cell types.