记忆如何在截肢,变态和通过注射传播的过程中生存



如果无头蠕虫可以重新占用内存,那么它将存储在哪里?如果可以恢复内存,可以传输吗?



对记忆的研究一直是在科学中脱颖而出的奇怪话题。在1950年代,密歇根大学的晦涩心理学教授詹姆斯·麦康奈尔James McConnell)进行了一系列有关涡虫的实验,并因此成为了头条新闻(并最终成为名人-淡水flat虫。他们钦佩麦康奈尔不仅是因为他们拥有“一种真正的突触型神经系统”。他们还“具有令人难以置信的再生能力。在最佳情况下,您可以将蠕虫切成许多部分,最多可以切成50个碎片,“并且它们中的每一个都将还原为一个完整且功能齐全的有机体。”



在早期的实验中,麦康奈尔蠕虫以教帕夫洛娃的方式结合了电击和手电筒。结果,蠕虫开始单独对光做出反应。然后,当他将其中一只蠕虫切成两半时,发生了一件有趣的事。其中一个的头部长尾巴,并且出于明显的原因保留了训练的记忆。令人惊讶的是,已长出头部和大脑的尾巴也保留了训练的记忆。但麦康奈尔想知道,如果无头蠕虫可以重新存储内存,那么它将存储在哪里。如果可以恢复内存,可以传输吗?



也许。瑞典神经科学家Holger Huden1960年代的研究表明,记忆存储在神经元细胞中,特别是在RNA中,RNA是一种辅助分子,可从DNA接收指令并将核糖体结合在一起以创造蛋白质-生命的构成要素。对休登的研究感兴趣的麦康奈尔,试图通过将训练有素的涡虫的身体部位移植到未经训练的人的身体上,来建立一种假想分子的存在,他称之为“记忆RNA”。他试图将RNA从一种蠕虫转移到另一种蠕虫,但是发现很难移植嫁接的部分。结果,他转向了“一种更为壮观的组织转移类型-吞咽”。平面主义者是成功的食人者,因此麦康奈尔只能磨碎受过训练的蠕虫并将其喂给未经训练的蠕虫。车前草没有完全破坏食物的酸和酶,因此他希望某些RNA将能够整合到食用者中。



麦康奈尔的报道令人难以置信那些受过训练的蠕虫的吸收导致未受过训练的蠕虫出现了新知识。在其他实验中,他教平面虫穿越迷宫,甚至开发了一种从受过训练的蠕虫中提取RNA并将其注入未经训练的蠕虫中以将记忆从一种动物转移到另一种动物的技术。 1988年,麦康奈尔退休,逐渐从雷达中消失,他的作品被遗忘了,并被保存在教科书的边缘作为一个有趣的警示故事。许多科学家只是简单地假设不能训练平面虫,就不考虑麦康奈尔的工作。麦康奈尔在他自己的杂志《蠕虫赛跑者的文摘》中发表了他的一些作品翻译]以及科幻幽默和漫画。结果,没有特别兴趣复制他的实验。



但是,最近麦康奈尔的工作开始复兴。塔夫茨大学的生物学家迈克尔·莱文(Michael Levin)是专攻肢体再生的创新科学家,正在研究它们。他复制了有关培训平面刨子的实验,以现代化和自动化的方式找到迷宫的出路。浮游生物也获得了新的流行-在莱文切断蠕虫的尾巴并在伤口上施加生物电流后,蠕虫长出了另一个头而不是尾巴。莱文后来因这个有趣的绰号“年轻的科学怪人”而获得了。莱文还将15枚蠕虫送入太空,其中之一意外返回有两个头。莱文及其同事写道:“令人惊讶的是,再次在水中切开该蠕虫后,它又产生了一个双头表型。”



加州大学洛杉矶分校的神经科学家David Glantzman正在领导另一个有前途的研究计划。最近,她生动地回忆起了麦康奈尔(McConnell)的记忆实验-尽管葛兰兹曼(Glanzman)代替鸭嘴兽,而是使用鸭嘴鸭(aplysia),一种相对简单的神经系统而受到神经科学家的喜爱。 Aplysias(也称为胡须海豹)是巨大的海参,它们喷出墨水液体,并以其花边状,波浪状的翅膀漂浮。



2015年,格兰特曼(Glantsman)测试了教科书中的记忆理论:记忆存储在连接神经元的突触中。他的团队试图通过定期用放电击打蛤来创建和消除对Alysia的记忆。目的是让他延长位于the和尾巴之间的虹吸形呼吸管的收缩反射运动。经过训练后,科学家发现在感知触摸的感觉神经元与触发肾小管缩回的运动神经元之间出现了新的突触。训练后神经元之间连接数量的增加似乎支持了突触连接中的记忆存储理论。格兰兹曼的研究小组试图通过破坏神经元之间的突触连接来消除这种记忆。之后,当Glanzman小组的成员在下次放电时“提醒”学习的软体动物时,他们惊讶地发现神经元之间如何形成新的,不同的突触连接。在那之后,软体动物的行为好像他们想起了以前忘记的敏锐训练。



由于训练而出现的突触联系消失了,取而代之的是新的,完全不同的联系。格兰茨曼认为:如果在突触发生这样的变化后记忆得以保留,那么记忆可能根本就没有被存储在其中。该实验类似于电影《一尘不染的永恒阳光》中的情节,在此情节中,前恋人试图互相忘记,经历了可疑的内存擦除过程,但事实证明,它不会消失得无影无踪。他们在脑海中某个地方制定了一个计划:在蒙托克见面。这部电影似乎说,记忆永远不会消失得无影无踪,你总是可以回去,甚至看似被遗忘的人和地方。





尽管对记忆科学的描述异常怪诞,但《永恒的阳光》可能偶然发现正确的假设



但是,如果记忆没有存储在突触链接中,它们将存储在哪里?格兰茨曼不受欢迎的假设是,它们可以存储在神经元的核中,DNA和RNA序列构成了生命的指示。 DNA序列是固定的,不会发生变化,因此人体的大部分适应性在于灵活的表观遗传机制。这些是指导基因表达响应环境刺激的过程-有时需要RNA的参与。如果我们想象音乐笔记本形式的DNA,那么通过RNA的表观遗传机制就是即兴插入和排列。他们可以从事学习和记忆。



也许记忆存在于由RNA触发的表观遗传变化中-RNA是一种即兴形成的分子,可以使蛋白质适应生活。格兰兹曼的团队回到了他们的海底世界,并对其进行了为期两天的训练,以延长其收缩反射。然后,他们切断神经系统,提取出构成学习记忆的RNA,然后将其注射到未经训练的海床中,第二天他们就经历了这种情况。 Glanzman的团队发现,来自受过训练的供体的RNA触发了学习,而来自未经训练的供体的RNA对软体动物的行为没有影响。他们将记忆部分地但绝对地从一种动物转移到另一种动物。而且他们有强有力的证据证明RNA负责转移。



现在,格兰茨曼(Glanzman)认为,需要突触来激活记忆,但是记忆本身通过表观遗传学变化编码在神经元的核中。 “这就像没有手的钢琴家,”格兰茨曼说。 “他知道如何演奏肖邦,但他需要动手才能实现这些回忆。”



塔夫茨大学艾伦发现中心的科学家道格拉斯·布拉基斯顿(Douglas Blakiston)的研究对象是昆虫,他的作品也描绘了同样的景象。他想知道蝴蝶从毛毛虫的生活中是否还能记得什么,所以他将它们暴露在乙酸乙酯中,然后电击。厌恶乙酸乙酯后,毛毛虫化脓,孵化后,几周后测试了成年蝴蝶的记忆力。出人意料的是,成年蝴蝶记住了一切,但是怎么了?毕竟,毛毛虫在变成蝴蝶之前变成了细胞质的汤。 “转型是灾难性的,”布拉基斯顿说。 -毕竟,我们正在从一辆正在爬行的汽车转向正在飞行的汽车。不仅身体,而且整个大脑都在重建。”



确切研究化脓期间体内正在发生什么过程是相当困难的。但是,可以将毛毛虫神经元的子集存储在所谓的神经元中。蘑菇体-负责嗅觉的一对结构,在许多昆虫中,它们都位于触角附近。换句话说,保留了部分结构。布拉基斯顿说:“这不是汤。” “好吧,基本上是汤,但要切成碎片。”化p期间,神经元几乎被完全去除,其余的神经元被与其他所有神经元完全切断。突触连接被吸收,然后在转化为蝶形大脑的过程中连接到其他神经元。像格兰茨曼一样,布拉基斯顿用双手进行类比:“好像一小群神经元握着手,然后彼此松开并开始运动,然后它们与新大脑中的其他神经元联系在一起。”如果内存存储在哪里,然后布拉基斯顿(Blakiston)相信它被储存在蘑菇体内的神经元子集中-唯一已知的物质是从毛虫传播到蝴蝶。



最后,尽管对记忆科学有着怪诞的刻画,但《永恒的阳光》还是偶然发现了正确的假设。首先,格兰茨曼和布莱克斯顿相信他们的实验对阿尔茨海默氏症患者来说是个好消息其次,有可能恢复断开的神经连接,以便神经元可以找到丢失记忆的方式-也许是在合适的RNA的指导下。



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