一项针对小鼠的新研究表明，大脑可能会重用某些细胞来存储多种不同记忆，同时避免与旧记忆混淆或擦除旧记忆。
由纽约大学朗格尼健康中心研究人员领导的这项研究揭示，在称为海马体的大脑区域中，约四分之一的记忆细胞充当连接传入和传出信号的共享"枢纽"。
关于这些发现的报告已于5月13日在线发表在《自然》杂志上。
科学家们长期以来一直疑惑大脑如何能够足够灵活地学习新信息，同时又足够稳定以不忘记过去的知识。
为了阐明这一谜团，研究者们集中研究了连接海马体和新皮质的一系列相互关联的脑区。海马体位于大脑深处，帮助将新体验组织成记忆；新皮质则是大脑的外层，储存长期信息。这些脑区包括：发送快速变化信息的海马体CA3区；作为中央枢纽的海马体CA1区；以及在导航和场景重建中起关键作用的压后皮质。
研究团队发现，少数海马体CA1细胞（神经元）承载了CA3发送的大部分传入信息。随后，当CA1向压后皮质发送信号时，这些相同的细胞以不同的模式放电，创建了一个独立的传出通道。
通过这种方式，即使重用许多相同的神经元，传入和传出的信息也保持分离，就像电子交换机可以在不混淆线路的情况下管理多个呼叫一样。这种设置可能有助于压后皮质保持其地图的稳定性，同时其他两个区域继续从经验中学习。
"我们的发现有助于解释记忆如何既能塑形又能持久，"纽约大学格罗斯曼医学院精神病学系博士后研究员、研究共同第一作者豪赫金·冈萨雷斯博士说，"通过改变相同细胞一起放电的方式，而不是开启新细胞，大脑可以保持信息的组织性并保护旧记忆。"
其他发现表明，处理白天通信的关键CA1神经元在夜间睡眠期间仍保持活跃，这在脑活动中被称为尖波涟漪。
因为同一组核心细胞处理白天的处理和夜间的重放，从海马体到皮质的通路可以保持开放并有助于巩固记忆。
"我们的研究表明学习和记忆巩固如何能在同一网络中共存，"纽约大学格罗斯曼医学院神经科学系博士后研究员、研究共同第一作者米哈伊·沃罗什拉科斯医学博士说，"我们的发现之所以成为可能，是因为我们首次能够在自然活动的动物中同时记录所有关键区域的数百个单个神经元。"
"我们在海马体深处发现的'记忆交换机'可能为阿尔茨海默病和其他影响大脑回忆事件和找地方能力的疾病中记忆电路如何失效提供线索，"纽约大学格罗斯曼医学院精神病学和神经科学系教授、研究共同资深作者陈哲博士说。
在这项研究中，研究团队训练六只小鼠在一条直轨道上来回奔跑，轨道两端都有水奖励。当动物探索时，科学家使用高密度电极同时记录数百个神经元的活动。他们还追踪了啮齿动物的位置，以便将每次脑活动尖峰与小鼠当时的行动匹配起来。
然后，团队寻找区域之间的活动共享模式，以观察CA3的信号在到达压后皮质之前如何被CA1转换。在额外的实验中，研究人员记录了小鼠睡眠时的情况，发现清醒时的模式在海马体内部以及海马体和新皮质之间被多次重放，但方式不同。
作者表示，这些发现可能有助于解决人工智能工具面临的一个重大挑战，即在新任务上训练时往往会"遗忘"已学到的内容。
"通过展示哺乳动物大脑如何在学习过程中保护记忆，我们的研究可能为设计下一代人工智能技术提供生物学蓝图，使其能够在不覆盖已获取内容的情况下持续自我更新，"纽约大学格罗斯曼医学院神经科学Biggs教授、纽约大学朗格尼转化神经科学研究所成员久尔吉·布扎基医学博士说。
布扎基博士同时也是纽约大学格罗斯曼医学院神经病学系的成员，他表示研究者们的下一步计划是检查其他记忆回路中是否出现类似的交换机式通道。
布扎基博士提醒说，由于研究是在受控环境中的小鼠身上进行的，研究人员不能对更自然环境中或人脑中发生的情况得出明确结论。
这项研究由美国国立卫生研究院的拨款RF1DA056394、P50MH132642、R01MH122391和U19NS107616提供资金支持。
除冈萨雷斯、沃罗什拉科斯、陈和布扎基博士外，参与这项研究的纽约大学朗格尼研究人员还包括Deren Aykan；Nina Soto博士；Noam Nitzan博士；Rachel Swanson博士；和Mursel Karadas博士。
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