在白天和晚上解码记忆

今天我们请来了Frank Raven的客座文章，他刚刚在格罗宁根进化生命科学研究所(gelife)完成了关于睡眠剥夺对记忆和可塑性的影响的研究。

他的论文描述了一系列描述大脑特定变化的实验，以及这些实验如何帮助他深入了解睡眠剥夺及其潜在机制。未来，弗兰克希望能进一步研究睡眠的神经生物学。

恭喜你的论文成功，弗兰克，感谢你为诺德斯行为研究博客所做的贡献!

记忆处理中的昼夜节律

人类和动物王国的大多数其他物种都具有形成、储存和随后提取记忆的基本能力。记忆处理是非常微妙的，会受到许多不同因素的影响。其中之一就是昼夜节律性。

这种节律性可能来自细胞、神经生物学水平或行为水平上的节律变化，例如睡眠和清醒之间的交替[1,2]。后者提出了一个重要的观点，因为很难将一天中的时间对记忆存储的影响与睡眠/觉醒周期的变化区分开来。此外，睡眠本身对于正常的记忆功能[3]也是非常重要的。

然而，1998年发表的一项研究表明，在夜晚的最初几个小时内产生的新蛋白质对记忆的形成[4]至关重要。其他研究表明，某些对记忆形成很重要的蛋白质水平也有昼夜节律[5,6]。

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蛋白质合成和信息储存

目前还不清楚这些蛋白质基础值的昼夜差异是否意味着新信息的存储在昼夜之间也不同。因此，我们研究了蛋白质合成抑制在白天和夜间对记忆巩固的影响是否不同。

为什么老鼠?

这个项目使用了老鼠，因为它们经历了和我们一样的睡眠阶段，而且它们的海马体(大脑中对记忆处理至关重要的区域)的结构也非常相似。

需要注意的是，像其他夜行动物一样，老鼠在黑暗时活跃，在光明时被动。在这个实验中，一半的动物在黑暗(活跃)阶段的开始接受测试，另一半在光明(不活跃)阶段的开始接受测试。

如何研究老鼠的记忆?

为了研究记忆，我们用Noldus/Ugo Basile在恐惧调节笼中训练老鼠恐惧条件反射设置。使用海马体依赖的情境恐惧条件反射协议，小鼠必须学会将一个不愉快的事件(非常轻微的电击)与中性情境(恐惧条件反射笼)[7]联系起来。

把一只老鼠放进笼子半分钟后，我们就开始编程EthoVision XT软件可以对老鼠进行2秒的轻微电击。又过了两分钟，老鼠被放回了笼子。24小时后，老鼠被放回恐惧条件反射笼子，我们测试老鼠是否形成了背景恐惧记忆。

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测量冻结行为

在训练和测试期间，我们测量了冻结活动，这被定义为完全缺乏运动(呼吸行为除外)和确定使用EthoVision XT软件

当动物将消极体验(电击)和环境(笼子)联系起来时，它们会表现出这种典型的冻结行为，这是学习和记忆过程的指标。我们还在训练过程中测量了冻结水平，以测量基线冻结水平，这通常是非常低的。

白天和夜晚蛋白质合成的抑制

训练结束后，小鼠在不同时间被注射(皮下)异霉素，一种蛋白质合成抑制剂，或生理盐水作为对照。

在T0次(训练后立即)、T4次(训练后4小时)和T8次(训练后8小时)注射茴角霉素后，在轻度(不活跃)期测试的小鼠出现较少的冻结。然而，在T12(训练后12小时)注射的小鼠表现出和对照组动物一样多的冻僵，因此能够记住两者之间的联系。

蛋白质对记忆的储存很重要

由此我们可以得出这样的结论:在光阶段训练结束后的至少8小时内，新蛋白质的产生对背景恐惧记忆的存储非常重要。令人惊讶的是，我们发现在黑暗(活跃)阶段训练的老鼠也有同样的结果。此外，在这方面雄性和雌性老鼠之间似乎没有差异。

因此，这些数据表明，在完成学习任务后的8小时内，蛋白质合成在记忆存储中起着重要作用。此外，并非所有的记忆存储机制在白天和夜间学习中都有所不同。对于所有旨在阐明记忆存储的潜在分子机制的研究来说，了解记忆在白天和晚上巩固的动态是至关重要的。

未来的研究应该调查调节记忆存储的其他分子过程(例如转录、翻译和泛素化)是否遵循昼夜节律。最后，技术进步允许更复杂的方法(例如，光遗传学)，并可能回答一些问题，如某些记忆是如何、何时形成并保存下来的[9,10]。

参考文献

1. Snider, K.H, K.A. Sullivan和K. Obrietan，海马依赖记忆的昼夜节律调节:回路，突触和分子机制。神经体, 2018年。2018: 7292540页。
2. 记忆获取、巩固与检索的分子机制。当今一般, 2001年。11 (2): p。180 - 7。
3. 睡眠，可塑性和记忆从分子到全脑网络。咕咕叫杂志, 2013年。23日(17): r774 - 88页。
4. Bourtchouladze, R.等人说:不同的训练程序会招募一到两个背景记忆巩固的关键时期，每个时期都需要蛋白质合成和PKA。学习Mem, 1998年。5 (4 - 5): 365 - 74页。
5. Eckel-Mahan, K.L，等人，海马MAPK活动和cAmp的昼夜振荡:对记忆持久性的影响。Nat >, 2008年。11 (9): 1074 - 82页。
6. Jouffe, C，等人，生物钟协调核糖体生物发生。公共科学图书馆生物学, 2013年。11 (1): p . e1001455。
7. 李晓明，李晓明。杏仁核和海马体对提示和情境恐惧条件反射的不同贡献。Behav >, 1992年。106 (2): 274 - 85页。
8. Raven, F.等人，阐明了蛋白质合成在海马体依赖的记忆巩固在白天和夜晚的作用。欧元J >, 2020年。
9. 莱恩，tj等人，记忆。记忆印迹细胞在逆行性遗忘中保留记忆。科学, 2015年。348 (6238): 1007 - 13页。
10. Tonegawa, S.等，记忆印记的存储和检索。当今一般, 2015年。35: 101 - 9页。