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开放科学馆 | 二氧化碳浓度对创伤性记忆的影响

 我的荣光 2022-01-18

内容概要

小鼠形成新的恐惧记忆后,在数小时内吸入二氧化碳,当唤回记忆时,痛苦表现更为强烈。这种作用与时间相关,为二氧化碳所独有,并且只针对某些类型的记忆,例如可怕的声音线索或环境背景。而另一种类型的记忆,例如对于熟悉对象的记忆,则会被二氧化碳削弱。

该研究于近期在 Frontiers in Behavioral Neuroscience (IF:3.558) 期刊上发表。

该研究的作者,Rebecca J. Taugher 博士表示,只有当基因酸敏感离子通道-1a(ASIC1A)在小鼠大脑中发挥作用时,才会发生二氧化碳强化记忆的现象。

如果能够证明人类的ASIC1A基因在恐惧记忆的形成中具有类似作用,那么有朝一日,针对这种分子途径进行干预,便可能成为对创伤后应激障碍(PTSD)患者的有效治疗策略。

这项新的研究成果与越来越多的证据都表明恐惧记忆在形成后可以改变,特别是当记忆被检索时会重新激活大脑中的记忆痕迹,使记忆变得“不稳定”,容易被竞争性记忆(competing memories)修改、缓解或替换,这一点不同于难以改变的所谓“巩固型”记忆(consolidated memories)。

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以先前的研究为基础

研究人员表示:“关于记忆形成和修改的实验研究通常会以小鼠作为模型生物,这次也不例外。例如,最近的一项研究发现,在恢复记忆的同时吸入二氧化碳会使小鼠的恐惧记忆更加不稳定。研究表明,这种作用依赖于 ASIC1A,神经元中的一种分子,这种分子可以检测酸中毒,即由于吸入二氧化碳而引起的体液酸度增加。”

在早先研究的启发下,研究人员进一步研究了二氧化碳对记忆形成的影响以及该过程中 ASIC1A 基因在小鼠身上所起的作用。此研究首次证明,小鼠在获得新的恐惧记忆时吸入二氧化碳会强化该记忆。同时还证明了只有存在 ASIC1A 才会发生这种现象。

让小鼠“受惊”

研究人员通过播放一串 20 秒长的 3kHz 提示音,每次播放声音后都会对小鼠实施轻微电击,以形成一种真实的“恐惧记忆”。

通过声音重放,不加任何电击,可在新环境下唤醒小鼠恐惧记忆。它们会出现身体“冻结”的反应,这是啮齿动物一种典型的表达痛苦的行为。这些实验已通过爱荷华大学动物护理和使用委员会的审查和批准。

研究人员采用两种处理方法对小鼠冻结行为的频率和持续时间进行了比较:在实验组中,小鼠在首次获得恐惧记忆后一小时内暴露在 30 分钟长的 10% 浓度的二氧化碳气流中;在对照组中,用空气代替二氧化碳。他们发现,与暴露在空气中的小鼠相比,暴露在二氧化碳中的小鼠在被提示音回放唤醒了恐惧记忆时,“身体冻结”的时间大约延长了三分之一。在进一步的试验中,将触发记忆的条件改为一般环境,如灯光和气味,二氧化碳吸入产生了相同的记忆强化效果。

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研究人员得出的结论是,在恐惧记忆形成后吸入二氧化碳有助于强化小鼠的记忆。他们通过后续实验证明了记忆强化效果取决于时间:如果记忆的第一次形成和暴露于二氧化碳之间经过了 1-4 个小时,则对可怕线索或背景的记忆会得到强化,但如果经过了 24 小时,则不会出现类似情况。他们还证明了强化记忆的作用为二氧化碳所独有,而非压力事件的普遍作用。

研究人员还发现,二氧化碳对另一种类型的记忆具有相反的作用,即削弱记忆的作用,这类记忆是对于熟悉对象的记忆。研究人员推测,之所以形成这种反差是由于参与不同类型记忆的分子和大脑回路各有不同。

治疗 PTSD 的潜在方法

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文章通讯作者 John A Wemmie 教授表示:“当然,我们从小鼠身上得到的结果需要在人类身上得到重复。然而,我们目前的研究结果表明,在经历创伤事件时大脑出现酸中毒的人,其患 PTSD 的风险可能会增加。这些结果还指向了一种有趣的可能性:在人们经历创伤性事件后不久便采取预防酸中毒的干预措施可能有助于预防 PTSD 的发生。”

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