《细胞》：人类记忆中独特的神经线路

　　人类大脑的黑盒子开始打开。尽管动物模型有助于形成我们对哺乳动物大脑的理解，但稀缺的人类数据正在揭示重要的特异性。在《细胞》杂志上发表的一篇论文中，由奥地利科学技术研究所（ISTA）的乔纳斯小组和维也纳医科大学的神经外科医生领导的一个研究小组揭示了人类海马CA3区，这是记忆存储的中心。

　　

人类大脑的黑盒子开始打开。尽管动物模型有助于形成我们对哺乳动物大脑的理解，但稀缺的人类数据正在揭示重要的特异性。一个由奥地利科学技术研究所（ISTA）的乔纳斯小组和维也纳医科大学的神经外科医生领导的一个研究小组，揭示了人类海马CA3区，记忆存储的中心。

我们中的许多人都很享受与祖父母在壁炉旁的那些偷来的时刻，我们的心加速到他们过去美好时光的故事，用生动的形象和一点点幻想来讲述。人类的大脑在一生中储存和回忆记忆的能力非常惊人。一个物理空间、一种气味或一种熟悉的情况都能唤起记忆，我们的大脑利用这些联系来完成这个模式。尽管人类的大脑在这方面是优化的，但我们才刚刚开始了解它是如何整合我们周围环境的信息的。这种模式完成的过程是我们大脑中一种非凡的计算特性，叫做联想记忆。

我们关于大脑的大部分神经科学知识都来自于经过充分研究的动物模型，比如啮齿动物，它们对科学来说是不可或缺的。但是，人类的大脑仅仅是小鼠大脑的放大版，还是它具有使其成为人类的独特特征？现在，奥地利科学技术研究所（ISTA）的研究人员和维也纳医科大学的神经外科医生揭示了人类大脑是如何形成和提取联想记忆的。ISTA生命科学教授Peter Jonas和ISTA博士后Jake Watson发起了与维也纳医科大学神经外科Karl Rössler的合作，他们检查了接受神经外科手术的癫痫患者的样本，以直接从完整的活体人体组织中获得见解。

人类没有“大老鼠大脑”

大脑的学习和联想记忆中心是海马体。在它内部，一个名为CA3的区域负责存储和处理信息并完成模式。由于健康的人体材料稀缺，迄今为止大多数研究都集中在动物模型上。Jonas说：“虽然接受神经外科手术的患者有各种各样的临床表现，Rössler教授确定了癫痫患者的一个亚群，他们呈现完整的海马体。”Rössler是一位专攻治疗难治性癫痫的神经外科医生。

科学家们不可能错过这个机会。Jonas解释说：“对于这种形式的癫痫，单侧切除海马体是必要的，以确保患者有机会恢复并过上没有癫痫的生活。”因此，该团队可以在知情同意的情况下从17名癫痫患者身上获得完整的海马组织。研究人员将尖端的实验技术——多细胞膜片钳记录来测量神经元的动态功能特性和超分辨率显微镜——与建模结合起来，取得了令人大开眼界的发现。人类CA3区域的神经连接更稀疏，而且它的突触——允许信号在神经元之间传递的连接——看起来更可靠、更精确，这与被充分研究过的老鼠海马体的放大版本相去甚远。因此，研究小组发现了人类大脑线路的独特特性。

“感觉我们什么都不知道”

尽管与小鼠和大鼠相比，人类海马的细胞结构和突触连通性存在重要差异，但动物模型的数据仍然非常重要。它可以作为参考，并帮助科学家开发研究人体组织的技术。

“从研究啮齿动物的背景来看，海马体的一切都是已知的。当我开始检查第一批患者样本时，我意识到我们对人类海马体知之甚少。虽然这是啮齿动物中研究得最好的大脑区域，但感觉我们对人类生理学、细胞组织或连通性一无所知。”因此，基于他们研究啮齿动物海马组织的经验，研究人员需要找到新的方法来重新检查人类大脑的这一部分。

模拟人类大脑的计算能力

利用他们的实验数据，研究小组试图建立一个人类海马体中CA3网络计算能力的模型。他们意识到人类特有的电路和突触连接使他们能够测量记忆存储和可靠检索的程度。“我们可以测试有多少模式适合这个模型。这有助于我们证明人类特有的稀疏突触连接和增强的突触可靠性增加了存储容量，”Jonas说。换句话说，他们揭示了人类CA3网络如何有效地编码信息，以最大化联想和记忆存储。

生理学家生涯中最美好的一天

目前的研究有助于改变科学家和医疗保健专业人员对人类大脑的看法。

“我们的工作强调了从人类的角度重新思考我们对大脑的理解的必要性。未来对大脑回路的研究，即使是使用啮齿类动物模型生物，也必须考虑到人类的大脑，”Jonas说。根据科学家的说法，这项工作是正确的神经外科医生和正确的生理学家之间协同作用的结果。“Rössler教授非常热衷于促进基础研究，并开发了复杂的技术，可以在最佳条件下提取患者组织进行实验室检查，”这次合作使ISTA的研究人员能够接触到科学领域的稀缺资源：完整的、活的人类脑组织。

由于组织的可用性取决于手术，科学家们每隔几个月才会偶尔收到新的生物材料。这影响了他们实验室的后勤：他们经常需要在短时间内中断所有使用非人类材料的项目，并清理空间来接收和检查新鲜的人类样本。“当天早上接受神经手术的癫痫患者正在医院康复，而我们正在检查他们大脑中一块完整的活体组织，这让人感觉很超现实。回想起来，作为生理学家，我职业生涯中最美好的一天就是第一批人体组织到达我们实验室的那一天。”