《Nature》給老鼠做了記憶手術以后……

　　大腦內某個被經常忽視的卵形結構，曾經一直被認為只是思維傳導的“繼電器”，5月3日，Nature和其子刊Nature Neuroscience同期報道了3篇有關丘腦（thalamus）的文章，顛覆了人們對高等動物丘腦的認識。

　　這三篇由美國國立衛生研究院（NIH）共同資助的報道表明，丘腦掌管著分辨事物和把持思維記憶的能力。

　　通過操縱丘腦神經元的活動，科學家們竟然可以控制動物記憶如何找到獎勵食物的能力。研究人員說，未來我們可能通過干預丘腦活動，來治療包括認知障礙和精神分裂的精神疾病。

　　“如果把大腦比作管弦樂隊，我們的結果表明，丘腦很可能就是一名指揮，”紐約大學Langone醫學中心的Michael Halassa博士說。

　　三個獨立研究分別由Halassa（丘腦能通過放大皮質層連通性維持注意的維持，Nature），Christoph Kellendonk博士（丘腦投射維持處于工作記憶狀態下的前額活動，Nature Neuroscience）和Karel Svoboda博士（前額丘腦皮層環路持續活動的狀態保持，Nature）領導。

　　現今普遍認為的丘腦起“繼電器”作用的觀點，是建立在“它與大腦感官輸入區域連接”的基礎上。但是，丘腦與大腦其他部分其實是有許多聯系的，并且這些聯系仍有待探索。

　　兩個小組（Halassa和Kellendonk）研究了電路的丘腦中上部與前額皮質（prefrontal cortex，PFC）關聯的神經電路。

　　PFC是大腦的思維和決策中心。腦成像研究發現，在精神分裂患者中，這部分神經電路的連接顯著減少，并且患者經常出現工作記憶障礙。

　　使用光遺傳學手段抑制丘腦神經元活動后，小鼠喪失了正確選擇暗門的能力，相反，增強刺激丘腦神經元后，小鼠的工作記憶任務完成的更好了。

　　Halassa和同事們讓老鼠記憶有關類別區分的信息，這些信息能暗示老鼠哪扇暗門后隱藏著獎勵的牛奶。同時檢測老鼠的神經活動。在過去，我們只知曉丘腦大致的結構和功能，Halassa研究組的研究特化了它的具體功能是幫助工作記憶信息的保存。

　　丘腦幫助保存的是什么樣的信息？研究人員在PFC中發現了一組神經元，這些神經元能儲存如選擇正確暗門這類信息。他們證明丘腦并沒有（至少在本研究中）控制或者轉換這類信息，反而通過提高與PFC內這組神經元的同步活動（或功能連接），開始放大PFC中有助于記憶保存的重要信息。

　　Kellendonk課題組在測試老鼠在迷宮中找牛奶的能力時，看到了類似的結果。動物記憶獲得獎勵前的所有轉向（向左或向右）時，會出現一個短暫的停頓。也是利用光遺傳學手段，Gordan研究了PFC神經元中的另外一個亞群——大腦的記憶中心“海馬（hippocampus）”。

　　當動物停頓下來檢索記憶時，大腦內部發生了什么？答案是，在這段短暫的延遲時間里，丘腦通過穩定的活動，向PFC輸入了維持工作記憶的指令。從PFC傳回丘腦的“自上而下”的信號支持了記憶檢索功能，并指導動物采取行動。同時，海馬也需要向PFC神經元輸入獎勵所在位置的相關信息。

　　“令人驚訝的是，我們發現了PFC的兩個獨立的神經元群體。一個用于編碼空間位置，同時需要海馬向該區域輸入相關信息，另一個是用于內存維護，需要丘腦向該區域輸入指令，”Kellendonk說。“這是一項具有轉化意義的結果，有關這一電路出錯導致工作記憶不足的進一步研究，可提高精神分裂癥的診斷方法，并提出更具針對性的治療方法。”

　　Svoboda小組的研究結果表明，丘腦通過與皮質（cortex）進行雙向互動，在維持短期記憶中扮演重要角色。當處于路口時，老鼠需要停頓幾秒鐘，才能選擇正確的方向。此時，研究小組發現，丘腦與運動皮質層的一部分發生了互動。神經元電監視顯示，這兩個結構都出現了明顯的活動，表明是它們的共同作用，使皮質層內的有關方向的信息得到了維持。光遺傳探針指示，這兩部分的對話是雙向的，皮層活動依賴于丘腦，反之亦然。也就是說，皮質電路無法獨立工作，它需要其他多個大腦區域的相互參與，這其中也包括關鍵樞紐——丘腦。

　　簡單來說，小鼠模型的實驗結果表明，丘腦對哺乳動物的“認路”功能具有重要影響。不僅如此，其他類似的短期記憶功能也與它有著千絲萬縷的聯系。試想，這部分區域被有效激活和訓練后，很多與記憶障礙相關的難題將迎刃而解。