海马体形成海马，顾名思义，来自希腊语“hippos”（马）和“kampus”（海怪），海马体是记忆的关键大脑区域。但直到最近，科学家们还无法将记忆的形成与不同的分子信号联系起来了。

现在，来自阿森纳科学技术研究所（ISTA）和马克斯·普朗克多学科科学研究所的科学家团队可能已经打开了这个黑匣子。他们的结果发表在PLOS 生物学上。

亨利·古斯塔夫·莫莱森（Henry Gustav Molaison），被称为HM，他的工程项目被转介给一位外科医生，外科医生将工程定位在他的内地约旦叶，即海马体的驻地。

1953年9月1日，HM接受了脑部手术，切除了他的海马和工程的手术后，工程和工程消失了，但HM出现了严重的后果。他现在患有顺行性健康遗忘症，记得以前的所有事件，但无法进行手术形成新的记忆。他的案例有助于将海马体形成与大脑功能和记忆联系起来。

目前，海马体被认为是人大脑中的关键区域，参与记忆和空间导航。将使短期记忆转化为长期记忆，促进个人经验的修正。

在由钥匙科学技术研究所（ISTA）生命科学教授 Olena Kim、Yuji Okamoto 和 Magdalena Walz 教授 Peter Jonas 领导的新研究中，一个国际神经科学家团队发现了有关驱动记忆处理分子机制的新细节。

科学家们通过结合方法来研究其结构、基本分子和功能，从而准确观察到了苔藓纤维突触——海马体中特定神经细胞（神经元）之间的关键连接点。

记忆中心

在海马体内部，有几种类型的神经元参与记忆处理。例如，颗粒细胞对于处理传入信息非常重要。“颗粒细胞从其他大脑区域接收各种信号，它们必须处理这些信号并进一步传播，”ISTA 毕业生、现为奥地利科学院 （ÖAW） 分子生物技术研究所 （IMBA） 博士后的 Olena Kim 解释道。

这些信号通过颗粒细胞的轴突（即它们的臂状延伸，称为苔藓纤维）传输。这些纤维形成与锥体细胞的接触点，即苔藓纤维突触。在此连接处，以神经递质形式存在的信使分子促进沟通，最终触发记忆的形成和储存。

苔藓纤维突触的特点是可塑性强，这意味着它们可以根据刺激改变其活动、结构和连接。这种适应性有助于海马体正确处理信息并区分相似的线索。

金举了一个例子，“假设你同时遇到了一只豹子和一只黑猫。它们看起来都是黑色的，像猫科动物。但你可以区分出一只猫和一只豹子。苔藓纤维突触在编码和处理这些区别性特征方面发挥着关键作用，最终检索记忆和信息。”

苔藓纤维突触

苔藓纤维突触中信号处理的分子细节仍不清楚。2020 年，Peter Jonas、Carolina Borges-Merjane 和 Olena Kim 开始研究苔藓纤维突触的结构，他们使用了一种名为“Flash and Freeze”的新技术——这是一种强大的工具，神经元在受到刺激后立即被冻结。

“届时，我们能够将苔藓纤维突触的结构变化与功能相关联，”Kim 说。“然而，我们要进一步推进这项技术，不仅要研究突触的结构，还要研究处理信号时分子水平上发生的变化。”

科学家们对位于神经传递质释放区的两种蛋白质特别感兴趣：Cav2.1钙通道，由于钙通过这些通道的流入会触发神经传递质释放，因此至关重要，而Munc13是一个关键因素，暗示神经传递质已准备好释放。

“在我们之前的研究中，这种复合蛋白的所有工作都是用化学固定的大脑样本完成的，”Kim继续说道。由于这些样本不是活的，因此它们无法提供对动态过程的指令。“对于我们的新的研究，我们渴望利用活跃的大脑组织来保存这些蛋白质的动力学、自然组成和定位。”

月亮的面孔

在 ISTA 同事 Ryuichi Shigemoto 教授和科学家 Walter Kaufmann 的帮助下，科学家们使用了破坏标记技术。他们用化学方式刺激大脑组织样本中的颗粒细胞，以激活记忆形成的过程。然后，大脑组织立即形成被冻结并分裂成两半。切片的内部代表内部组织的暴露表面——组织在特定时刻的3D足迹，嵌入了蛋白质和分子。

在标记 Cav2.1 和 Munc13 产生后，研究人员使用电子显微镜找到了它们的有意位置。这些图像类似于月亮的特色，显示这种蛋白质在受到刺激后会重新排列并靠得更近。

进一步的测试，重排与苔藓纤维突触的功能紧密相关。Peter Jonas总结道：“激活后，有两个变化。首先，膜附近的囊泡数量增加。其次，Cav2.1和Munc13的纳米重排，使突触更强烈、更准确。这两种变化都可能有帮助记忆的形成。

该研究指出了海马体关键突触的结构和功能之间的关系。关系到我们的记忆经常唤起疾病的画面。但到目前为止，我们还无法捕捉到释放记忆形成的分子信号。