生物钟乱套，记忆也受连累
生物钟乱套，记忆也受连累
一直熬夜看球，经常跨时区出差？长期不规律的生活习惯可能让生物钟无所适从，带来一系列健康相关问题。近日发表在《科学》杂志上的一项研究显示，昼夜节律失常还可能导致记忆能力的下降。
哺乳动物的主生物钟位于下丘脑的视交叉上核（Suprachiasmaticnucleus，SCN）。在实验研究中，研究者通常利用手术破坏或基因沉默等手段打乱动物的昼夜节律。但在人类中，许多昼夜节律紊乱都是在SCN的遗传和生理结构保持完整的前提下发生的。为了在不破坏SCN的情况模拟节律紊乱对记忆的影响，斯坦福大学的一个研究小组利用短尾侏儒仓鼠（Phodopussungorus）作为模型进行了研究。
短尾侏儒仓鼠使研究者能在不破坏动物SCN的前提下观察昼夜节律丧失对记忆功能的影响。图片来源：wikimedia.org
短尾侏儒仓鼠有着经不起连续“折腾”的主生物钟。作为典型的夜行性动物，它们的生物钟可以通过光照进行重调，如果头一天晚上仓鼠突如其来地受到提前的“天亮”，它能将生物钟调到适应白天的模式。然而，如果第二天也出了岔子，长夜漫漫而光刺激姗姗来迟，那么在接下来的几天里，这些仓鼠的昼夜节律就将完全被打乱。通过这种“相移干扰”（disruptivephaseshift，DPS），研究人员得以在保持SCN完整的情况下考察昼夜节律紊乱对仓鼠的影响——如上文所提到的，这往往也是发生在人们身上的真实情况。作为对照，研究人员也对一组仓鼠的SCN进行了手术切除，致使仓鼠正常的昼夜节律丧失。
啮齿类动物天生具有强烈的好奇心，它们倾向于探索新的环境和接触新的物体。这一特点被科学家利用发展出一系列实验来测试啮齿动物的记忆能力。在这项研究中，生物钟乱套了仓鼠们要接受“T-迷宫”测试和“新物体辨识”测试的考验。
“T-迷宫”测试用于测量实验动物的空间记忆（SpatialMemory）。在一个“T”字型的迷宫中，仓鼠被放置在底部的起始点。在训练过程中，只有左侧或右侧的门开启。在仓鼠熟悉了T迷宫的环境后，T字迷宫双侧通道的门度会开启，仓鼠可以自行选择路线。如果仓鼠做出了与训练相反的选择，会被记录为一次“改变”。如果仓鼠的空间记忆力受到了影响，关于训练中那侧通道的记忆难以形成，它们在迷宫中选择“改变”的次数就会出现降低。
用于测量仓鼠空间记忆能力的T型迷宫。训练条件下，仓鼠仅被允许在T型迷宫下部和单侧通道（左侧或右侧）之间通行，在仓鼠熟悉环境后另一侧通道也被开启，仓鼠探索另一区域的次数被用于衡量其空间记忆能力。图片来源：sbfnl.stanford.edu
而“新物体辨识”测试则用于测量动物的再认记忆（Recognitionmemory）。这是一种陈述性记忆。仓鼠好奇的天性使得它会带着“这是个啥玩意”的心态，用更多时间研究陌生的新物体。举例而言，如果之前的训练环节容许仓鼠更多地接触苹果（当然，实验中使用的一般都是些没有气味的方块圆柱），那么在实验环节经过训练的仓鼠会选择和没见过的菠萝相处更长的时间。如果实验仓鼠的记忆出现了问题，它就很难对此前接触过的物体形成记忆，进而在新旧物体上花费相等的时间。
用于测量仓鼠再认记忆能力的新物体辨识实验。训练条件下，仓鼠被允许与一个物体长时间接触直到其熟悉这一物体。在实验条件下，仓鼠被允许接触另一个陌生物体，仓鼠与该物体的接触时间被用于衡量其再认记忆能力。图片来源：S.西尔维希耶/绘
研究人员对比了昼夜节律正常的仓鼠（ENT）、昼夜节律经过DPS干扰的仓鼠（DPS）、SCN被切除的仓鼠（SCNx），以及进行过“假手术”但并未切除SCN的仓鼠（SHAM）在上述两个实验中的表现。实验结果显示，在两个实验中，SCNx和SHAM组的表现都和对照组的正常仓鼠基本一致，但DPS组仓鼠的空间记忆与再认记忆都出现了问题，表现距离其余三组有较为显著的差异。
上图：SCNx组的仓鼠（n=11）在T迷宫任务（SA）和新物体辨认任务（NOR）中的表现都显著优于随机表现，ENT组（n=10）和SHAM组（n=11）的仓鼠同样有此表现。但DPS组的仓鼠（n=8）的表现则显著更差。昼夜节律失常的组别用蓝色显示。中图：T迷宫任务的进入通道次数跟新物体辨认任务的探索时间在各组别中没有显著差异。下图：实验结果不受通道方向的影响。图片来源：研究论文
在此基础之上，研究人员将DPS组仓鼠的SCN切除，再进行同样的实验，结果显示切除了SCN的仓鼠其记忆能力又回复到了正常水平。论文的通讯作者诺尔曼·卢比（Norman.F.Ruby）对果壳网科学人说：“我们认为SCN会对隔核（septalnuclei）产生抑制。”此前的研究曾表明，γ-氨基丁酸A型受体拮抗剂能够一定程度恢复DPS组仓鼠的记忆能力。在生物节律混乱的情况下，SCN也许会产生一种与γ-氨基丁酸有关的信号，这一信号被传导至隔核（septalnuclei）后进一步抑制海马体的激活，造成记忆力的衰退。当SCN被切除后，这样的抑制信号不复存在，仓鼠的记忆力也就得以恢复。
这样的实验结果证实SCN在记忆的形成中扮演着重要的角色，为未来对于人类记忆的研究提供了一个新的视角。卢比向果壳网科学人透露：“我们未来将利用多种手段探寻SCN与海马体的之间的作用机制。”近期的临床研究已经发现常见于老年人群体中的记忆衰退并不应仅仅归咎于糟糕的睡眠质量，因身体机能衰退引起的生物节律紊乱同样是原因之一。当然，人类不能像仓鼠那样简单地一“切”了事，研究者正在寻找新的方法规避昼夜节律失常对记忆造成的伤害。（编辑：Calo）
参考文献：
1.Fernandez,Fabian,etal.Dysrhythmiainthesuprachiasmaticnucleusinhibitsmemoryprocessing.Science346.6211(2014):854-857.
文章题图：societyforscience.org