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撰文 |Sure

傳統(tǒng)觀點認為，記憶主要負責認知活動和行為調(diào)控，而體溫調(diào)節(jié)、代謝變化則多被視為即時、生理性的反應。近年來，神經(jīng)科學領域越來越關注大腦和身體之間的復雜互動（即所謂“腦-體互動”），特別發(fā)現(xiàn)“心理狀態(tài)”能夠直接影響生理功能（如免疫、內(nèi)分泌功能）【1-3】。然而，到目前為止，尚未明確證實個體能否通過回憶過去的經(jīng)驗（記憶），從而迅速而精確地激發(fā)生理性改變，以便于更有效地適應環(huán)境挑戰(zhàn)。

鳥類和哺乳動物體溫恒定，維持一個精確的體溫范圍對細胞功能至關重要【4】。動物為了保持體溫穩(wěn)定，會主動地進行行為調(diào)節(jié)（如尋找溫暖環(huán)境）和生理調(diào)節(jié)（如寒顫、血管收縮、棕色脂肪組織產(chǎn)熱）。如果動物能預先利用過去的記憶，提前啟動這些反應，將顯著提高能量利用效率，并提高生存優(yōu)勢【5】。記憶印跡（Memory engram）是記憶在腦中產(chǎn)生的穩(wěn)定的、持久的物理痕跡，由特定的神經(jīng)元群所組成【6】。這些特殊的神經(jīng)元群在學習時被激活，發(fā)生結(jié)構(gòu)或功能上的變化；而當記憶被回憶時，這些神經(jīng)元群將再次被激活。通過記憶印跡這一明確概念，能具體探討記憶與生理反應之間的因果關系。

近日，來自愛爾蘭都柏林圣三一學院的Tomás J. Ryan課題組在Nature上發(fā)表了論文Cold memories control whole-body thermoregulatory responses。在本研究中，研究人員證實記憶不僅僅是一種認知和情緒的現(xiàn)象，它還能以清晰的物理記憶印跡形式存在于特定腦區(qū)，在未來回憶時快速啟動全身代謝、生理和行為上的調(diào)整，以幫助機體高效且迅速地適應環(huán)境挑戰(zhàn)。

為了探索大腦是否能通過記憶精確地調(diào)控身體代謝活動，作者以小鼠為模型，訓練小鼠將熱定環(huán)境與寒冷刺激關聯(lián)，來研究小鼠是否能形成并利用寒冷環(huán)境的記憶，來主動調(diào)控全身代謝、產(chǎn)熱及行為，以更好的應對未來再次遭遇寒冷的情況。在訓練階段，將小鼠分別放置在環(huán)境A（內(nèi)為21℃的舒適溫度）和環(huán)境B（內(nèi)為4℃的寒冷環(huán)境）中，使小鼠逐漸學習并形成環(huán)境B等于寒冷的聯(lián)想記憶。在隨后的測試階段，再次將小鼠置于環(huán)境B中，但此時溫度為正常的21℃，觀察小鼠是否因為過去的寒冷記憶而引發(fā)生理反應。

通過上述訓練記憶，作者發(fā)現(xiàn)當小鼠被重新放入之前經(jīng)歷過寒冷的環(huán)境中，但此時該環(huán)境中溫度正常，這些小鼠的代謝速率仍顯著提高，包括氧氣消耗增加、能量消耗升高、二氧化碳產(chǎn)生增加以及活動量顯著提高。并且這些代謝變化并不是由于新環(huán)境帶來的刺激，也不是長期寒冷后的殘留效應或應激反應所導致的。這就意味著，代謝速率的增加并非僅僅是溫度的物理刺激所致，而是大腦對過去寒冷記憶的主動回憶所引發(fā)的生理反應。對小鼠重要的產(chǎn)熱器官棕色脂肪組（BAT）中產(chǎn)熱基因表達分析發(fā)現(xiàn)，對寒冷環(huán)境的記憶本身就能顯著提升產(chǎn)熱基因Ucp1、Cpt1a等的表達，而不需要實際的溫度下降。

接下來，作者對特定腦區(qū)在寒冷記憶中的作用進行分析。利用腦區(qū)神經(jīng)活動標記技術(shù)（FOS表達分析）研究發(fā)現(xiàn)，負責記憶的海馬體CA1、CA3區(qū)域或齒狀回（DG）參與了寒冷記憶的形成與回憶；下丘腦的外側(cè)（LHA）區(qū)域（大腦中負責溫度調(diào)節(jié)的核心腦區(qū)）同樣高度參與寒冷記憶的編碼與回憶過程。重要的是，只有在回憶時，海馬體和下丘腦才會形成明顯的功能連接，這一發(fā)現(xiàn)提示寒冷記憶的回憶過程中存在大腦區(qū)域間的協(xié)調(diào)激活機制。進一步研究寒冷的記憶印跡，作者發(fā)現(xiàn)寒冷記憶的物理基礎位于海馬體DG區(qū)域及下丘腦LHA和MPO中的記憶印跡神經(jīng)元群。當記憶被回憶時，這些記憶印跡神經(jīng)元群被顯著激活，且這些神經(jīng)元群的激活水平與小鼠整體代謝速率高度呈正相關。這些結(jié)果直觀地表明記憶印跡直接導致生理功能的變化，確認了寒冷記憶可以以特定記憶印跡的形成存在。

文章的最后，作者通過光遺傳與化學遺傳技術(shù)進一步確認因果關系。通過光遺傳激活實驗，作者人為激活DG區(qū)域的寒冷記憶印跡神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)能立即導致全身代謝速率的提升，同時還導致下丘腦區(qū)域的激活，以及BAT中產(chǎn)熱基因的表達提升，這些結(jié)果直接證實寒冷記憶印跡的因果作用。此外，通過化學遺傳實驗抑制DG區(qū)域的寒冷記憶印跡時，小鼠就無法再表現(xiàn)出回憶寒冷記憶的代謝升高反應，說明這些記憶印跡神經(jīng)元不僅是相關的，更是必要的。

總的來說，本研究首次證明了大腦可以儲存與生理代謝相關的特定環(huán)境記憶，并在未來條件合適時主動回憶這些記憶，以提前啟動生理調(diào)節(jié)反應。并且作者還找到了支配這種機制的特定記憶印跡神經(jīng)元群，這種機制超出了傳統(tǒng)神經(jīng)科學對記憶僅限于認知、情緒與行為調(diào)控的理解范疇，而將記憶提升為一種直接且高效的生理適應手段。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08902-6

制版人：十一

參考文獻

1. Ben-Shaanan, T. L. et al. Modulation of anti-tumor immunity by the brain’s reward system.Nat. Commun.9, 2723 (2018).

2. Chan, K. L., Poller, W. C., Swirski, F. K. & Russo, S. J. Central regulation of stress-evoked peripheral immune responses.Nat. Rev. Neurosci.24, 591–604 (2023).

3. Cryan, J. F. et al. The microbiota–gut–brain axis.Physiol. Rev.99, 1877–2013 (2019).

4. Tan, C. L. & Knight, Z. A. Regulation of body temperature by the nervous system.Neuron98, 31–48 (2018).

5. Morrison, S. F. & Nakamura, K. Central mechanisms for thermoregulation.Annu. Rev. Physiol.81, 285–308 (2019).

6. Semon, R. W. & Semon, R. W. Die Mneme als erhaltendes Prinzip im Wechsel des organischen Geschehens (Engelmann, 1920).

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（*排名不分先后）