image: Dynamic mechanisms of engram maturation. During the allocation, engram allocation is primarily governed by enhancements in intrinsic neuronal excitability, driven primarily by increased phosphorylation of CREB, which primes these cells for selective recruitment. Following allocation, engram formation is molecularly marked by the expression of IEGs including Fos, Npas4, Arc, and Egr1. The consolidation phase is characterized by epigenetic reprogramming, such as DNA methylation, histone posttranslational modifications (e.g., acetylation, phosphorylation), and histone variant exchange. Concurrently, neuronal excitability is further modulated through synaptic recruitment of NMDA receptors, AMPA receptors, and inwardly rectifying potassium channels (Kir), while dendritic spine density increases to reinforce synaptic connectivity. Throughout this maturation process, engrams transition from a silent state to a functionally mature configuration, marked by enduring structural and molecular adaptations that support long-term memory storage.
Credit: Zhe-Yu Chen
济南，山东，中国，2025年5月20日 – 在今天发表的Genomic Press思想领袖邀请综述中，研究人员绘制了使大脑能够形成、巩固、泛化和更新记忆的动态细胞机制。这一科学综述为大脑如何编码记忆以及记忆如何随时间变化提供了宝贵见解，对创伤后应激障碍（PTSD）等疾病具有重要意义。
记忆痕迹的探索
神经科学最基本的问题之一是大脑如何存储、泛化和更新记忆。人们认为记忆是通过分布在不同脑区的神经元集合（称为印迹）中的生物物理和分子变化来存储的。这些印迹是稀疏分布的神经元群体，在学习过程中经历持久的物理或化学变化，创造了我们经历的生物学表征。
"对记忆机制基质的探索，即Richard Semon所称的'印迹'，一直延续至今，"评论文章的通讯作者、山东大学的陈哲宇教授解释道。"通过现代神经科学技术，我们对记忆印迹的理解已从理论抽象发展为生物学现实。"
神经科学突破使记忆可视化
该综述详细介绍了近期技术进步如何改变了我们研究记忆的能力。现代技术现在允许科学家标记、追踪甚至操控参与记忆形成和提取的特定神经元。
"结合即刻早期基因标记和光遗传学操控的先进方法使我们能够识别和控制编码特定记忆的神经元集合，"综述共同作者滕帅文博士指出。"这一技术突破使我们能够在细胞水平观察记忆活动。"
科学家们现在可以直观地识别哪些神经元在记忆形成和提取过程中被激活。更值得注意的是，他们可以人工激活这些神经元以诱导记忆提取，即使在没有正常感觉线索的情况下。这意味着研究人员可以通过刺激正确的细胞有效地"打开"记忆。
记忆分配和形成
该综述解释了神经元如何在初始编码过程中被选择成为记忆痕迹的一部分。这种选择并非随机——在学习时兴奋性更高的神经元更可能被招募到记忆集合中。
"这就像神经元之间的竞争，"滕博士继续说道。"具有较高基线兴奋性的细胞在学习过程中表现出优先激活，并不成比例地被纳入记忆编码集合。"
这一过程由转录因子CREB调控，它增强了内在兴奋性和树突棘密度。当神经元具有较高的CREB活性时，它更有可能被招募到记忆印迹中。
记忆如何随时间变化
综述的一个引人入胜的方面涵盖了记忆在巩固过程中如何转变。新记忆最初依赖海马，但通过系统巩固的过程，逐渐过渡到更多依赖皮层。
"在初始突触稳定化之后，记忆经历系统巩固，从海马依赖过渡到内侧前额叶皮层依赖的存储，这一过程可跨越数天至数年，"陈博士解释道。"这使海马印迹能够保留情景特定的细节，而内侧前额叶皮层集合则编码更加图式化、泛化的表征。"
这一自然过程解释了为什么记忆往往随着时间变得更加泛化，丢失特定细节同时保留核心概念。这一基本的大脑机制支持学习，但当恐惧记忆过度泛化时，也可能导致PTSD等疾病。
记忆泛化和焦虑障碍
研究人员详细描述了记忆泛化，虽然它是将过去学习应用到新情况的适应性过程，但在PTSD和焦虑障碍等疾病中可能变得不适应。
海马在维持记忆特异性方面起着至关重要的作用。当这一功能受损时，可能是由于应激暴露或改变的信号通路，记忆可能过度泛化，导致不适当的恐惧反应。
"恐惧过度泛化表现为对非威胁性刺激或中性环境的适应不良行为反应，"陈博士解释道。"这一现象是广泛性焦虑障碍、惊恐障碍和创伤后应激障碍等焦虑谱系障碍的标志性特征。"
研究人员概述了驱动记忆泛化的几种机制，包括应激引起的海马和杏仁核回路变化。理解这些机制可能导致针对焦虑障碍的靶向干预。
记忆更新和修改
该综述还探讨了现有记忆如何能够用新信息更新。当记忆被重新激活时，它们暂时变得可塑，允许它们结合新数据或情绪背景。
"记忆更新是一个基本过程，它使生物体能够适应新信息，修改现有知识，并将新体验与预先存在的记忆整合，"滕博士说。"与海马齿状回记忆印迹相关的情感价值可以双向逆转。"
这表明通过修改创伤记忆的情感联系来治疗情感障碍的令人兴奋的可能性。是否可以开发专门针对记忆印迹的治疗方法，减少它们的情感影响而不删除记忆本身？这仍然是一个具有显著临床潜力的活跃研究领域。
记忆研究的未来
该综述概述了研究人员仍在努力解答的几个悬而未决的问题。记忆形成过程中的核变化如何精确地连接到特定突触连接的增强？什么机制驱使神经元在不同记忆过程中加入或离开印迹网络？大脑如何维持记忆稳定性和灵活性之间的微妙平衡？
"我们对无意识状态下记忆印迹离线激活的内在机制的了解完全缺乏，"陈博士指出。"理解记忆表征如何随时间而变化，取决于我们的经历和内部状态，是未来研究的关键领域。"
Brain Medicine期刊上题为"Dynamic memory enqrams: Unveiling the celular mechanisms of memory encoding, consolidation, generalizaton, and updating in the brain"的文章于2025年5月20日在Brain Medicine以开放获取方式免费提供，可通过以下超链接访问：https://doi.org/10.61373/bm025i.0044。
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Journal
Brain Medicine
Method of Research
Literature review
Subject of Research
Animals
Article Title
Dynamic memory enqrams: Unveiling the celular mechanisms of memory encoding, consolidation, generalizaton, and updating in the brain
Article Publication Date
20-May-2025
COI Statement
The authors declare no competing interests.