让小鼠进入冬眠状态导致大量突触丢失

# 将小鼠置于休眠状态会导致突触大量丢失 来源：https://arstechnica.com/science/2026/08/memories-stick-around-even-after-half-the-synapses-are-gone/ 休眠会减少突触数量，但小鼠似乎仍能保留记忆。 关于记忆存储的主要假说认为，当你学习某些内容时，涉及的神经元之间的连接会增强并物理性增大，从而构成记忆。问题在于这些连接会随时间发生显著变化——它们具有可塑性。 “如果你比较第一天和第四或第五天这些连接的排列方式，会发现它们截然不同，”日本冲绳科技大学研究生院神经科学家田中和正表示。为了探究能够持续数年的记忆如何存在于每隔几天就会变化的硬件上，田中团队将这种变化推向更极端。在近期《科学》杂志的研究中，他们诱导小鼠进入类休眠状态，这基本上重置了超过一半的突触状态。然而小鼠显然保留了记忆。 ## 按需休眠 休眠是松鼠、仓鼠和熊的特技，但触发休眠的神经回路在哺乳动物中是保守存在的，也存在于那些在野外从不冬眠的物种——比如小鼠。2020年6月，筑波大学神经科学家、田中研究的合作者樱井武领导的研究团队开发出一种人工激活该休眠回路的技术。通过激活下丘脑中称为Q神经元的细胞群即可实现。 由此产生的状态被称为QIH（Q神经元诱导的低温与低代谢状态）。 “通过我们的方案，可将小鼠体温降至约20摄氏度，同时心率和呼吸频率也显著下降，”田中解释道。这是否算作真正的休眠取决于参照哪种冬眠动物。处于休眠状态的熊会降低代谢需求但不改变体温，其体温维持在36或37摄氏度左右。而在另一极端，某些松鼠会进入深度休眠，体温可接近冰点。“人工冬眠介于这个谱系中间，”田中说。 但QIH最重要的特点在于可随意开关。田中的实验中，小鼠在类休眠状态停留48小时后苏醒。 对于它们的突触而言，这48小时犹如灭霸的响指（https://marvelcinematicuniverse.fandom.com/wiki/Snap）。 ## 突触清除 为查明QIH期间丢失了多少突触，田中团队在自由活动的小鼠海马体植入四极管（精细电极束），记录单个神经元放电。他们发现休眠开始后神经活动下降约70%。 利用连续块面扫描电子显微镜技术，研究人员在休眠前、休眠中及恢复意识后数天对部分动物的脑组织进行成像。结果显示休眠消除了超过一半的突触——原则上这应该抹除大部分记忆。“如果你接受记忆痕迹存在于单个突触效能中的观点，当失去超过一半的突触连接时，预期结果自然是后续记忆受损，”田中表示。但团队并未发现此类损伤。 休眠前，小鼠接受了两项标准记忆任务训练：一项是情境恐惧条件反射（动物学会将特定盒子与轻微电击关联），另一项是十字迷宫任务（小鼠学习导航至奖励点）。两项任务表现都依赖存储于海马体的记忆，团队通过训练后破坏该区域导致记忆消失证实了这一点。 然而被置于QIH后唤醒的小鼠，在这些任务上的表现与未休眠的小鼠同样出色。“我们在两种不同行为范式中发现，记忆完全保持完整，”田中声称。 脑活动记录也证实了这些记忆在突触清除后的存续。位置细胞（动物占据特定位置时放电的海马神经元）在苏醒后仍在相同位置放电。群体活动解码器重建小鼠位置的准确性与休眠前相当。 ## 突触回归 通过八天追踪同一树突发现，休眠期间消失的突触在苏醒后重新出现，其中82%回到了原先所在树突的相同位置，远高于随机概率。 消失的突触也非随机样本。科学家开发的eGRASP技术可使连接仅在学习期间标记的神经元与同一学习事件中标记的另一神经元连接处发绿光。团队借此专门观察记忆存储神经元间的记忆印迹突触。结果发现：单独存在于树突上的记忆印迹突触被休眠消除；紧密空间聚集的记忆印迹突触则得以保留。目前尚不清楚聚集为何能起保护作用。“从机制上我们尚不知晓，”田中说，“这是实验室正在进行的研究课题之一。” 团队能做的是分析这些聚集的结构。 ## 多突触纽扣 追踪存活聚集时，田中团队发现三分之一的记忆印迹突触连接着所谓多突触纽扣。“通常单个突触前末梢与单个突触后棘形成突触连接——即一对一关系，”田中解释，“多突触纽扣中，一个突触前末梢与多个突触后棘形成连接。这是罕见结构，在大脑中难以发现。” 在非冬眠小鼠随机选取的突触中，仅3.3%位于多突触纽扣上。此处观察到的记忆印迹聚集突触若有什么特点，即比相邻突触略小——并非经典模型预测的增大强化连接。 为验证此模式确实反映记忆而非一般突触丢失模式，团队进行阴性对照：让一组小鼠接受长期麻醉联合细胞松弛素D（阻断突触连接扩大与稳定的药物）。该组合如同QIH一样抑制神经元放电并剥离相当比例的突触，但小鼠苏醒后恐惧记忆受损。这些动物的记忆印迹聚集突触与其他突触一样被无差别破坏。 田中认为应对该对比确立与未确立的结论保持审慎。“这是本研究的主要局限，”他表示，“目前尚无方法在不影响突触其他方面及网络的前提下操纵记忆印迹突触的聚集性。”换言之，我们无法选择性关闭这些聚集来观察记忆是否随之关闭。 “这是关联性研究而非因果性检验，”田中警告。但若结论成立，可能表明只要周围神经结构得以保存，记忆无需任何特定突触即可存续。 但田中实验室已在思考更奇特且可能更深远的影响。 ## 出厂设置 “如果大脑在休眠后重建自身，它会重建先前状态，还是某种自身偏好的配置？”田中问道。为解答此问题，团队在癫痫模型小鼠发作前诱导短暂人工冬眠。“我们发现冬眠后癫痫发展完全被抑制，尽管未进行任何额外干预，”田中声称。他认为这表明冬眠后大脑恢复至某种默认网络状态，类似其出厂设置，而非简单回到休眠前状态。 因癫痫相关发现尚未发表，田中希望团队能在后续论文中纳入。即便早期观察得到证实，田中研究应用于人类临床仍将耗时良久。“仍有诸多挑战待解——更严格的安全衡量及伦理考量，”田中说，“迄今所有研究均在小鼠中进行。需推进至大鼠或猴子阶段，观察人工冬眠是否真正影响大脑功能。我们仍任重道远。” 《科学》杂志，2026年。DOI：10.1126/science.aee7004（http://dx.doi.org/10.1126/science.aee7004） 雅切克·克里夫科照片（https://arstechnica.com/author/jacek_krywko/） 雅切克·克里夫科是自由科学与技术作家，报道太空探索、人工智能研究、计算机科学及各类工程奇迹。 4条评论（https://arstechnica.com/science/2026/08/memories-stick-around-even-after-half-the-synapses-are-gone/#comments） 1. 热门阅读首篇列表图片：随着Meta AI眼镜需求激增，难以避免令人不安的录制（https://arstechnica.com/tech-policy/2026/08/meta-ai-glasses-may-get-creepier-and-apps-that-detect-them-arent-perfect/）