記憶的聯(lián)結(jié)

1897年，生理學(xué)家巴甫洛夫（Ivan Pavlov）通過(guò)狗對(duì)鈴聲與食物之間建立聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)，首次描述了“經(jīng)典條件反射”。經(jīng)典條件反射是一種無(wú)意識(shí)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，一個(gè)自動(dòng)的條件反射與一個(gè)特定的刺激聯(lián)系在一起。這一原理后來(lái)成為神經(jīng)科學(xué)與心理學(xué)研究的基石之一，它表明環(huán)境刺激可以被“記住”，并在沒有原始刺激的情況下觸發(fā)生理反應(yīng)。

現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)表明，長(zhǎng)期記憶以“記憶印痕”（engram）的形式儲(chǔ)存在腦中。這些記憶印痕是由互相連接的神經(jīng)細(xì)胞組成的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，不僅可編碼事件、情感，也可以編碼身體狀態(tài)，如感染、炎癥、食物攝入和疼痛等。

然而，科學(xué)家上不清楚的是，腦是否也能對(duì)溫度感知形成記憶印痕，并借此幫助生物體預(yù)測(cè)并適應(yīng)未來(lái)的溫度變化？在一項(xiàng)最新發(fā)表于《自然》的研究中，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)，腦會(huì)形成“寒冷記憶”，并利用這些記憶來(lái)調(diào)節(jié)新陳代謝，從而應(yīng)對(duì)低溫環(huán)境。

寒冷的記憶印痕

通常情況下，科學(xué)家通過(guò)觀察動(dòng)物的行為變化來(lái)判斷記憶形成。但在新的研究中，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，選擇將“代謝變化”作為對(duì)寒冷體驗(yàn)的一級(jí)響應(yīng)指標(biāo)。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員多次將小鼠暴露于4°C的寒冷環(huán)境中，并在該環(huán)境中引入一種特定視覺線索。隨著條件反射的建立，小鼠逐漸將低溫體驗(yàn)與該視覺線索聯(lián)結(jié)起來(lái)。寒冷環(huán)境會(huì)通過(guò)一種名為“產(chǎn)熱”的過(guò)程，自然激活體熱的產(chǎn)生，這一過(guò)程伴隨著葡萄糖分解和氧氣消耗的增加，主要發(fā)生在褐色脂肪組織中。

令人驚訝的是，幾天后，小鼠表現(xiàn)出了一種類似“巴甫洛夫條件反射”的體溫調(diào)節(jié)反應(yīng)：即使在21°C的室溫環(huán)境下，僅僅呈現(xiàn)該視覺線索，也足以誘發(fā)小鼠的代謝上調(diào)，表現(xiàn)出“預(yù)測(cè)性”產(chǎn)熱行為。這表明，對(duì)寒冷環(huán)境的回憶本身就能引發(fā)生理性的代謝反應(yīng)。

在確認(rèn)寒冷體驗(yàn)可形成穩(wěn)定記憶后，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步追蹤這一記憶在腦中的存儲(chǔ)以及激活機(jī)制。他們采用“活動(dòng)依賴性基因標(biāo)記”技術(shù)，成功定位了與寒冷記憶相關(guān)的“記憶印痕細(xì)胞”——這些細(xì)胞位于海馬（一個(gè)與記憶密切相關(guān)的腦區(qū)）中的齒狀回區(qū)域。

研究顯示，在回憶寒冷情境時(shí)，齒狀回中的這些神經(jīng)元的活動(dòng)會(huì)與下丘腦外側(cè)的活動(dòng)密切相關(guān)，而下丘腦外側(cè)正是調(diào)控體溫和代謝控制的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)域。至關(guān)重要的是，這種神經(jīng)活動(dòng)還與氧氣消耗增加相關(guān)，這表明記憶檢索可以直接影響代謝反應(yīng)。

為了進(jìn)一步測(cè)試這些“寒冷記憶”神經(jīng)元的作用，研究人員應(yīng)用光遺傳學(xué)技術(shù)，來(lái)人工激活或抑制這些記憶印痕細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)，人工激活“寒冷記憶”神經(jīng)元可顯著提升小鼠的代謝率，下丘腦也隨之激活，褐色脂肪組織中與產(chǎn)熱相關(guān)的基因表達(dá)增強(qiáng)；而當(dāng)這些細(xì)胞被抑制時(shí)，小鼠便無(wú)法在視覺線索提示下表現(xiàn)出產(chǎn)熱反應(yīng)。

這些發(fā)現(xiàn)表明，小鼠在經(jīng)歷寒冷體驗(yàn)后不僅能形成寒冷記憶，還能利用這些記憶提前調(diào)節(jié)新陳代謝，以應(yīng)對(duì)即將到來(lái)的寒冷挑戰(zhàn)。這種習(xí)得性的體溫調(diào)控，主要是通過(guò)增強(qiáng)褐色脂肪組織的活性實(shí)現(xiàn)的，而這一過(guò)程受控于腦發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)。這意味著，腦需要從身體經(jīng)歷中學(xué)習(xí)寒冷的感覺，隨后再反饋調(diào)控脂肪細(xì)胞的應(yīng)對(duì)方式。

記憶的具象化

這項(xiàng)研究為我們理解腦、記憶和代謝是如何緊密交織在一起的提供了強(qiáng)有力的見解。

從臨床角度來(lái)看，這一發(fā)現(xiàn)還為治療多種疾病，如肥胖和癌癥提供了潛在的新路徑。肥胖、癌癥等疾病往往與體溫調(diào)節(jié)和代謝失調(diào)相關(guān)，而褐色脂肪組織正是調(diào)節(jié)代謝的關(guān)鍵靶點(diǎn)。研究人員指出，未來(lái)或許可以通過(guò)操控“寒冷記憶”來(lái)人為調(diào)整代謝功能，為治療相關(guān)疾病開辟新途徑。

更廣泛地說(shuō)，這項(xiàng)研究也推動(dòng)我們反思腦功能的本質(zhì)。研究人員表示，我們思維中那些看似復(fù)雜的高級(jí)過(guò)程，其實(shí)根植于更基礎(chǔ)、更本能的身體經(jīng)驗(yàn)。理解腦是如何將環(huán)境體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為具體的生理調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)于全面理解情緒和記憶的運(yùn)作至關(guān)重要。

#參考來(lái)源：

https://www.tcd.ie/news_events/top-stories/featured/remembering-the-cold/

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01132-w

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08902-6

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Nora Maria Raschle