香港城市大學(xué)（城大）一項研究首次發(fā)現(xiàn)，透過模式記憶訓(xùn)練可促進大腦髓鞘的發(fā)育及再生，從而改善學(xué)習(xí)和記憶功能。這項研究將有助揭示多發(fā)性硬化、腦缺血、慢性復(fù)發(fā)性疼痛、激惹性腸胃綜合癥（irritable bowel syndrome, IBS）、重度抑鬱及老年癡呆等中樞髓鞘病及認知障礙的病理機制。

模式記憶（schema）是指經(jīng)重覆而建立的學(xué)習(xí)模式，語文學(xué)習(xí)就屬於模式記憶。一旦建立了模式記憶系統(tǒng)，同類的新知識便可更快被吸收掌握。由城大生物醫(yī)學(xué)系講座教授李嬰教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，便研究模式記憶的調(diào)控機理，並將模式記憶的理論應(yīng)用於動物行為的研究中。團隊該項研究首次發(fā)現(xiàn)，模式記憶訓(xùn)練可以促進大腦髓鞘（myelin）的形成，從而增強神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步，並改善認知障礙。

髓鞘是包裹大腦神經(jīng)元軸突（axon）的外膜，由髓磷脂構(gòu)成，具有絕緣、提高神經(jīng)脈衝（nerve impulse）傳導(dǎo)速度以及保護神經(jīng)元的作用，並由少突膠質(zhì)細胞（oligodendrocyte）控制其形成。李嬰教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊，多年來研究髓鞘形成與記憶的關(guān)聯(lián)。

從大鼠於沙堆中找食物探索模式記憶

李嬰教授指出，模式記憶過往在心理學(xué)範疇已被廣泛討論，但很少用於動物研究。他們這次研究便以大鼠為實驗對象。大鼠首先接受18節(jié)、為期約三個星期的訓(xùn)練，令牠們形成模式記憶，記得六種食物在一個大沙盤裡的特定收藏地點。之後當大鼠一嗅到某食物的味道，很快就能走到相關(guān)食物收藏的地點並挖出埋在沙堆裡的同一種食物。為了確定大鼠是憑記憶而非嗅覺來找出食物的特定收藏地點，研究人員將食物深藏於沙堆之下，而且沙子都混有該六種食物的味道，以擾亂大鼠的嗅覺。初時大鼠找對食物埋藏地點的比率是40%，經(jīng)訓(xùn)練後可以增至80%。

髓鞘與記憶的關(guān)係

研究人員發(fā)現(xiàn)大鼠形成模式記憶後，牠們再學(xué)習(xí)兩組新的食物和特定收藏地點配對的速度會快很多，訓(xùn)練一節(jié)就能掌握。研究人員使用免疫組化（immunohistochemistry）和透射電鏡等技術(shù)解析大鼠大腦變化，發(fā)現(xiàn)大鼠在學(xué)習(xí)和記憶模式的建立過程中，由於大腦皮層區(qū)域的神經(jīng)活動增強，可以促進少突細胞增生和細胞分化（differentiation），從而促進髓鞘形成，令髓鞘顯著增厚。

 

記憶能力受損的原因

研究結(jié)果亦顯示，被注射脫髓鞘藥物（溶血卵磷脂） 以干擾髓鞘形成的大鼠，未能學(xué)習(xí)兩組新的食物和特定收藏地點的配對。研究人員認為干擾髓鞘的形成可嚴重阻礙模式記憶的構(gòu)成，無法形成新的記憶，並會損害大腦神經(jīng)迴路的訊息傳送及不同腦區(qū)之間的同步。

 

李教授說：「我們這個研究進行了大約三年，重大突破在於首次發(fā)現(xiàn)髓鞘在高級認知記憶中的重要角色，及其在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步所發(fā)揮的作用。」他解釋，大腦活動有其節(jié)律性（rhythmicity），神經(jīng)元放電的頻率與周圍場電位（field potential）之相關(guān)性對不同區(qū)域 （迴路）大腦活動的同步有重要作用。這次研究證明，髓鞘厚度的輕微增加，可明顯提升神經(jīng)傳導(dǎo)速度和減低神經(jīng)迴路功能的障礙。

為了進一步揭示模式學(xué)習(xí)和髓鞘促進記憶形成的機制在調(diào)節(jié)神經(jīng)功能方面的作用，研究團隊發(fā)現(xiàn)於腦部前扣帶皮層（anterior cingulate cortex, ACC）使用脫髓鞘藥物（溶血卵磷脂）會誘導(dǎo)脫髓鞘 ，繼而導(dǎo)致ACC 的theta（θ）波段（腦電波頻率之一）功率降低，神經(jīng)信號之間的相關(guān)性及同步明顯減少。這些資料顯示，髓鞘的形成對持久的神經(jīng)元震盪，和連貫的神經(jīng)元活動的時項相關(guān)及多區(qū)域大腦網(wǎng)路之同步，起了關(guān)鍵作用。

 

研究有助改善認知功能障礙

李教授補充說：「我們未來會繼續(xù)進行大鼠模式記憶實驗，利用神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最前沿的光遺傳技術(shù)、化學(xué)遺傳技術(shù)等方法精準調(diào)控大腦的少突細胞，以促進髓鞘形成，從而探究這些方法能否改善重度抑鬱、慢性復(fù)發(fā)性疼痛、激惹性腸胃綜合癥及阿茲海默癥等疾病所引發(fā)的嚴重中樞認知功能障礙。」

光遺傳技術(shù)是使用光控的技術(shù)，選擇並「啟動」生物的某類細胞，可研究神經(jīng)元的特殊功能。而化學(xué)遺傳技術(shù)則是利用小分子有機化合物，有系統(tǒng)地干擾和探索如神經(jīng)元細胞的活動。

至於研究的下一步，李教授說將探討少突膠質(zhì)細胞及星形膠質(zhì)細胞（astrocyte）在模式記憶中扮演的角色，「少突膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的關(guān)係十分密切。而星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的乳酸是否是髓鞘形成的能量來源，有待我們進一步證實」。

研究團隊以《Schema-like learning and memory consolidation acting through myelination》為題發(fā)表論文，並獲生物及生物醫(yī)學(xué)範疇的著名國際期刊《美國實驗生物學(xué)學(xué)會聯(lián)合會期刊》（The FASEB Journal）刊登。李教授是論文的通訊作者。來自城大的研究小組成員還包括生物醫(yī)學(xué)系的李永鎮(zhèn)博士、高級研究助理 Suresh Kanna Murugappan、Zafar Iqbal和Wang Jun（現(xiàn)任職於浙江大學(xué)）、研究助理 Aruna Surendran Ramkrishnan和賽馬會動物醫(yī)學(xué)及生命科學(xué)院博士生Mahadi Hasan。

 

 

這項研究得到城大、香港研究資助局、國家自然科學(xué)基金以及香港創(chuàng)新科技署透過創(chuàng)新及科技支援計劃的支持。

DOI number: 10.1096/fj.201900910R

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