从那时起，神经科学家一直试图了解与记忆形成相关的生理变化。然而，突触的可视化和映射是一个挑战。首先，突触非常小并且紧密地堆积在一起。它们比标准临床磁共振成像(MRI) 所能看到的最小物体小约100 亿倍。研究人员经常使用小鼠来研究大脑功能，它们的大脑有大约十亿个突触，并且像周围组织一样是不透明或半透明的。
现在，生物科学和生物医学工程领域的科学家开发了一种新的成像技术，使我们能够在记忆形成过程中绘制突触图。他们发现形成新记忆的过程改变了脑细胞彼此连接的方式。大脑的某些区域建立了更多的连接，而其他区域则失去了这些连接。
为鱼儿描绘新的记忆
此前，研究记忆的科学家更多地关注记录神经元产生的电信号。尽管这些研究表明，神经元在记忆形成后会改变对特定刺激的反应，但研究人员尚无法确定是什么驱动了这些变化。
为了研究新记忆形成时大脑中发生的物理变化，研究人员创建了斑马鱼记忆形成前后突触的三维图。他们选择斑马鱼作为测试对象，因为它们的大脑足够大，具有类似人类的大脑功能，但又小且透明，可以更清楚地研究活体大脑。
为了在斑马鱼大脑中诱导新的记忆，研究人员使用了一种称为“经典条件反射”的学习过程。该过程涉及同时将动物暴露于两种不同类型的刺激：一种不会引起动物反应的中性刺激，以及一种动物试图避免的令人不快的刺激。当这两种刺激同时出现足够多的次数时，动物会对中性刺激做出与不愉快刺激相同的反应，表明它已经将这两种刺激结合起来，形成了联想记忆。
在这项新研究中，研究人员使用红外激光轻轻加热斑马鱼的头部，作为一种不愉快的刺激。当鱼甩动尾巴时，可以认为这是它想要避免刺激的信号。如果鱼在受到中性刺激（例如开灯）时甩动尾巴，则意味着它正在回忆以前不愉快的刺激。
为了创建突触的三维图，研究人员对斑马鱼神经元进行了基因改造，使其产生与突触结合的荧光蛋白，使突触可见。然后，他们使用定制的显微镜对突触进行成像，该显微镜使用的激光剂量比也使用荧光成像的标准设备低得多。该显微镜经过定制，对神经元造成的损伤要小得多，使研究人员能够在不影响突触结构和功能的情况下对突触进行成像。
当研究人员比较记忆形成前后突触的三维图像时，他们发现，背皮质前外侧区域的神经元产生了新的突触，而在背皮质前内侧区域，大多数神经元的突触丢失了。这意味着新的神经元正在配对，而其他神经元的连接正在被破坏。此前的实验表明，鱼类的背侧大脑皮层可能类似于哺乳动物的杏仁核，那里储存着恐惧记忆。
令人惊讶的是，参与记忆形成的神经元之间现有连接强度的变化很小，并且与未形成新记忆的对照组神经元之间的变化无法区分。这意味着联想记忆的形成涉及突触的形成和丧失，但与之前认为的不同，现有突触的强度并不一定会改变。
移除突触会移除记忆吗？
这种观察脑细胞功能的新方法不仅能让研究人员更深入地了解记忆如何运作，而且还可能为治疗创伤后应激障碍（PTSD）和成瘾等神经精神疾病开辟潜在途径。
联想记忆往往比其他类型的记忆（例如有意识的陈述性记忆，例如您昨天午餐吃了什么）要强得多。此外，经典条件反射引起的联想记忆被认为与导致创伤后应激障碍（PTSD）的创伤记忆相似。因此，在类似创伤中经历的无害刺激可能会引发痛苦的记忆，例如明亮的灯光或大声的噪音会唤起战斗的记忆。这项新研究揭示了突触连接在记忆中可能发挥的作用，并解释了为什么联想记忆比其他类型的记忆更持久、更生动。
目前，治疗创伤后应激障碍（PTSD）最常见的方法是暴露疗法，即反复将患者暴露在无害但触发的环境中，以抑制对创伤事件的记忆。理论上，这个过程间接重塑了大脑的突触，让记忆不再那么痛苦。尽管暴露疗法取得了一些成功，但患有创伤后应激障碍的人很容易复发，这表明导致创伤反应的潜在记忆尚未消除。
目前，研究人员尚不清楚突触的产生和丧失是否真的会驱动记忆的形成。阿诺德的实验室开发了一种快速、精确地去除突触而不损伤神经元的方法，他们计划使用类似的方法去除斑马鱼或小鼠大脑中的突触，看看这是否会改变联想记忆。
通过这些方法，我们或许能够从物理上消除创伤后应激障碍和成瘾等严重疾病的联想记忆。然而，在考虑这种治疗方法之前，需要更精确地定义编码联想记忆的突触变化。此外，研究人员显然还需要克服更严重的道德和技术障碍。尽管如此，在遥远的未来使用突触手术来消除不良记忆的前景仍然是诱人的。 （任天堂）
