恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存

在汶川地震中幸運存活下來的人,後面的日子並沒那麼幸運。他們當中的許多人患上了一種精神疾病:創傷後應激障礙(PTSD,posttraumatic stress disorder)。

PTSD患者有一個顯著的症狀,腦子裡會反覆地回憶過去的慘劇,不僅在深夜寂靜的噩夢裡,也在白日清醒的閃回中。這使他們焦慮、緊張、易怒、消極。。。


恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存

創傷後應激障礙(PTSD)


即使悲劇不會再重演,PTSD患者的記憶也不會被消除,同樣也不會被有效地抑制。他們仍然會“觸景生情”,不斷回憶起過去。這是PTSD的根本原因。

神經科學家設計了一種名為條件性恐懼的行為學實驗,來研究恐懼記憶消除的神經機制。

條件性恐懼和恐懼記憶的消除

條件性恐懼大致分兩種,一種是依賴於線索提示的恐懼,提示可能是一串鈴聲、一束光等,提示之後便是恐懼的事情,例如電擊。提示和恐懼事件重複出現幾次,便足以讓小鼠形成條件性恐懼行為。單單是鈴聲或光的出現,就足以嚇得小鼠動彈不得。這是經典的巴普洛夫條件反射。


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鈴聲依賴的條件性恐懼


另一種是依賴於場景的條件性恐懼。例如,在一個特殊的籠子裡,小鼠會被電擊。籠子裡的場景可以和電擊偶聯起來,小鼠每次進入籠子,就會嚇得一動不動,即freeze。Freeze是小鼠面對恐懼時的反應。


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場景依賴的條件性恐懼

怎麼實現恐懼記憶的消除呢?以場景依賴的條件性恐懼為例,如果把小鼠長時間放在電擊過它的籠子,但再也沒有電擊。隨著時間推移,小鼠的恐懼反應會越來越少,最終消失。這就是恐懼記憶的消除。為了敘述簡介,我們稱記憶消除為Extinction,Extinction就是消除的意思。


恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存

恐懼事件不存在時,恐懼記憶會慢慢消除


恐懼記憶的消除看似很簡單,但其背後的機制卻很複雜、很微妙。恐懼記憶消除不同於自然遺忘,它也是一種記憶,也需要學習才能獲得。

當預期和實際的結果不一致時,我們就會去探究原因,學習就會發生,新的經驗和記憶也因此獲得。恐懼記憶消除的場景裡,小鼠的預期是電擊,結果卻沒有任何電擊,這時學習就會發生。小鼠從中學到了新的經驗,獲得了關於籠子的新記憶。

籠子安全的新記憶會跟電擊的舊記憶競爭,最終抑制住舊記憶,恐懼記憶也就消除了。如果新記憶在競爭中失敗,關於籠子的恐懼舊記憶就不會被抑制,這時,創傷後應激障礙就會發生。

這一切的發生,都離不開一個重要的腦結構——杏仁核。

杏仁核是恐懼記憶的關鍵腦結構

杏仁核在大腦顳葉的深處,在情緒、抉擇以及記憶中扮演著重要的角色。


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杏仁核(Amygdala)

杏仁核在恐懼記憶的形成和存儲中必不可少,同時,杏仁核也參與到恐懼記憶的消除過程中。但,杏仁核是不是Extinction這種特殊記憶的存儲位點呢?

近日,著名神經科學家、諾貝爾獎獲得者Tonegawa在《Neuron》雜誌上發表了一項研究,研究表明,基底外側杏仁核(BLA,basolateral amygdala)是Extinction記憶的生成和儲存位點。


恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存

小鼠的基底外側杏仁核


恐懼記憶的消除離不開基底外側杏仁核中的一類神經元

實驗採用的是場景依賴的恐懼記憶。

第一天,小鼠在籠子裡遭受三次電極,每次2秒。這已足夠在小鼠腦子裡形成條件性恐懼。

第二天,把小鼠放到籠子裡45分鐘,但沒有任何電擊。在這45分鐘裡,小鼠的恐懼反應freeze逐漸降低,這是恐懼記憶消除過程。也可以說是Extinction記憶的形成過程。

第三天,繼續將小鼠放到籠子裡,同樣沒有電擊。這一天,小鼠的freeze就更少了,這主要是由於在前一天,Extinction記憶已經形成,小鼠回憶起了這一記憶。因此,第三天跟記憶相關的活動主要是對Extinction的回憶。


恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存

第一天條件恐懼,第二天恐懼消除,第三天恐懼消除的回憶


科學家在基底外側杏仁核發現了兩種椎體神經元,它們的性質截然相反。

第一種椎體神經元,表達R蛋白(R-spondin2),我們暫且稱之為R神經元。它們位於基底外側杏仁核的後面。它們對負性刺激反應強烈,比如,電擊。相反,如果恐懼記憶被消除,R神經元會被抑制。

另一種椎體神經元,表達一種特殊蛋白質P(protain nphosphatase 1-regulatory inhibitor subunit 1B),暫且稱之為P神經元。這種神經元位於基底外側杏仁核的前面,對正價的刺激反應強烈,比如,食物、雌鼠。恐懼記憶的消除會讓更多的P神經元反應。因此,從某種角度來說,恐懼記憶的消除也是一種正價刺激。

P神經元和R神經元,一正一負,此消彼長。實際上,進一步的研究也證明,P神經元會通過中間神經元抑制R神經元,R神經元也會通過中間神經元抑制P神經元。兩者就像磁鐵的兩極,中國文化中的陰陽。


恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存


一種可能是,恐懼記憶的形成是由R神經元參與完成的,而恐懼記憶的消除是由P神經元介導的。

為了弄清這一問題,科學家用光遺傳技術在恐懼記憶消除階段激活P神經元,或抑制R神經元。結果,兩種操作都可使恐懼記憶更快地消除掉。行為上的具體表現是小鼠的恐懼行為反應(freeze)會以更快的速度消失。

如果執行相反的操作,即抑制P神經元或激活R神經元,則會讓恐懼記憶更持久。

這就說明,Extinction的生成依賴於基底外側杏仁核的P神經元,而與之相對的R神經元則行使著相反的功能,即讓恐懼記憶更持久。


恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存

左:激活P神經元,小鼠恐懼反應迅速減少。右:激活R神經元,小鼠恐懼反應經久不衰


Extinction的生成離不開基底外側杏仁核的P神經元,但這並不代表Extinction這一記憶就存儲在P神經元群體內,生成和儲存是可以分離開的。科學家需要另外的實驗。

Extinction 記憶儲存在基底外側杏仁核

首先,科學家利用分子生物學手段標記出了Extinction記憶的印記神經元。

在哪一天標記呢?第一天肯定不行,因為第一天是恐懼記憶形成的時間。

第二天也不行,雖然第二天小鼠形成了Extinction的記憶,但同時它的恐懼行為還很多。也就是說,小鼠還在不停地回憶恐懼的電擊。第二天被激活的神經元既有Extinction記憶的印記神經元,又有恐懼記憶的印記神經元。

第三天是很好的選擇。第三天的時候,恐懼記憶已經消散地差不多了,小鼠更多的時候是在回想第二天在籠子裡安安全全的情景,即回憶恐懼的extinction。而回憶時,extinction記憶的印記神經元就會被激活。


恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存

第三天是Extinction記憶印記神經元標記的最好時機


科學家在第三天標記出了Extinction記憶的印記神經元,同時,在這些印記神經元內表達了一種光遺傳蛋白ChR2,以方便用光激活。

許多P神經元被標記為Extinction的印記神經元。

為了進一步驗證Extinction就存儲在P神經元裡,科學家又讓小鼠做了一輪實驗。同樣的,第一天,小鼠在籠子裡接受電擊,恐懼記憶形成。第二天,小鼠放到籠子裡,但沒有電擊。

如果Extinction的記憶就存儲在P神經元裡,那麼,第二天用光激活第一輪實驗中標記出的印記P神經元,小鼠就會想起之前在籠子裡安全的情景,會表現出更少恐懼行為。實驗結果正是這樣。這就從行為學上證明,Extinction的記憶確實存儲在P神經元裡。


恐懼記憶的消除也是一種記憶,它在杏仁核生成,在杏仁核儲存

光照激活杏仁核裡的Extinction印記神經元,小鼠的恐懼行為更少(藍線)

總結

恐懼記憶的消除離不開基底外側杏仁核裡的P神經元,同時,恐懼消除這種特殊記憶也存儲於此。


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