在加州大學圣克魯茲分校的研究人員領導下，一項研究揭示了在新記憶過程中大腦線路如何重新連接的詳細信息，該研究證實當動物學習執行一項新任務時，大腦細胞間會成簇出現新的突觸。這一研究發現在線發表在2月19日的《自然》（Nature）雜志上。

在這篇文章中，研究人員在小鼠學習通過凹槽獲取種子這一新行為的過程中對它們進行了研究。研究人員發現在學習的過程中，控制肌肉運動的小鼠大腦運動皮質發生了變化。具體說來，這些變化是緊隨著新的“樹突棘”——神經元間形成連接（突觸）的結構——生長而出現的。

文章的通訊作者、加州大學圣克魯茲分校分子、細胞和發育生物學系助理教授左軼（Yi Zuo，生物通音譯）說：“這是我們第一次觀察到記憶編碼相關新突觸的空間分布情況。”

在此前的研究中，左軼和其他的研究人員曾證實在學習過程中，運動皮質錐體神經元上的新樹突棘發生了快速生長。這些樹突棘形成突觸，通過突觸錐體神經元接收其他神經區域發出的與運動記憶和肌肉動作相關的信號。在這篇新文章中，左軼實驗室的博士后研究人員、文章的第一作者傅敏（Min Fu，生物通音譯）分析了新形成突觸的空間分布。

空間分析的初步結果表明有三分之一的新形成突觸相互比鄰。在學習的過程中，小鼠不斷重復執行相同的行為，僅需數天便可形成這些成簇的突觸。與那些不成簇的突觸比較，在學習期間以及訓練終止后成簇的突觸更可能持續存在。

此外，研究人員還發現隨著第2個成簇樹突棘形成，第1個樹突棘繼續增大。樹突棘頭的大小與突觸的強度密切相關。左軼說：“我們發現第2連接的形成與第1連接的強度密切相關，這表明它們有可能參與了相同的環路。這些突觸的簇集有可能起到了放大突觸強度的作用。”

該研究的其他數據還表明這些成簇的突觸參與的神經環路顯示出了學習任務特異性。研究人員讓在此前實驗中接受訓練的小鼠轉而完成另一種不同的任務。在這項實驗中，小鼠不再被要求抓取種子，而是學習如何處理一份意大利面。研究人員發現兩種任務均誘導形成了成簇的樹突棘，然而在學習不同任務的過程中形成的樹突棘并沒有相互簇集在一起。

而在另一項實驗中，小鼠則被要求每天接受不同的任務挑戰。不同那些一遍又一遍重復相同任務的小鼠，這些小鼠也形成了新樹突棘，然而這些新的樹突棘卻很少簇集在一起。

左軼說：“重復激活相同的皮質環路在學習新任務中起著極其重要的作用。然而最佳的重復頻率是什么？最終，通過研究突觸形成與學習之間的關系，我們希望找到誘導新記憶形成的最佳途徑。”