記憶的聯結

1897年，生理學家巴甫洛夫（Ivan Pavlov）通過狗對鈴聲與食物之間建立聯系的實驗，首次描述了“經典條件反射”。經典條件反射是一種無意識的過程，在這個過程中，一個自動的條件反射與一個特定的刺激聯系在一起。這一原理后來成為神經科學與心理學研究的基石之一，它表明環境刺激可以被“記住”，并在沒有原始刺激的情況下觸發生理反應。

現代神經科學表明，長期記憶以“記憶印痕”（engram）的形式儲存在腦中。這些記憶印痕是由互相連接的神經細胞組成的穩定網絡，不僅可編碼事件、情感，也可以編碼身體狀態，如感染、炎癥、食物攝入和疼痛等。

然而，科學家上不清楚的是，腦是否也能對溫度感知形成記憶印痕，并借此幫助生物體預測并適應未來的溫度變化？在一項最新發表于《自然》的研究中，科學家首次發現，腦會形成“寒冷記憶”，并利用這些記憶來調節新陳代謝，從而應對低溫環境。

寒冷的記憶印痕

通常情況下，科學家通過觀察動物的行為變化來判斷記憶形成。但在新的研究中，研究團隊另辟蹊徑，選擇將“代謝變化”作為對寒冷體驗的一級響應指標。

在實驗中，研究人員多次將小鼠暴露于4°C的寒冷環境中，并在該環境中引入一種特定視覺線索。隨著條件反射的建立，小鼠逐漸將低溫體驗與該視覺線索聯結起來。寒冷環境會通過一種名為“產熱”的過程，自然激活體熱的產生，這一過程伴隨著葡萄糖分解和氧氣消耗的增加，主要發生在褐色脂肪組織中。

令人驚訝的是，幾天后，小鼠表現出了一種類似“巴甫洛夫條件反射”的體溫調節反應：即使在21°C的室溫環境下，僅僅呈現該視覺線索，也足以誘發小鼠的代謝上調，表現出“預測性”產熱行為。這表明，對寒冷環境的回憶本身就能引發生理性的代謝反應。

在確認寒冷體驗可形成穩定記憶后，研究團隊進一步追蹤這一記憶在腦中的存儲以及激活機制。他們采用“活動依賴性基因標記”技術，成功定位了與寒冷記憶相關的“記憶印痕細胞”——這些細胞位于海馬（一個與記憶密切相關的腦區）中的齒狀回區域。

研究顯示，在回憶寒冷情境時，齒狀回中的這些神經元的活動會與下丘腦外側的活動密切相關，而下丘腦外側正是調控體溫和代謝控制的一個關鍵區域。至關重要的是，這種神經活動還與氧氣消耗增加相關，這表明記憶檢索可以直接影響代謝反應。

為了進一步測試這些“寒冷記憶”神經元的作用，研究人員應用光遺傳學技術，來人工激活或抑制這些記憶印痕細胞。他們發現，人工激活“寒冷記憶”神經元可顯著提升小鼠的代謝率，下丘腦也隨之激活，褐色脂肪組織中與產熱相關的基因表達增強；而當這些細胞被抑制時，小鼠便無法在視覺線索提示下表現出產熱反應。

這些發現表明，小鼠在經歷寒冷體驗后不僅能形成寒冷記憶，還能利用這些記憶提前調節新陳代謝，以應對即將到來的寒冷挑戰。這種習得性的體溫調控，主要是通過增強褐色脂肪組織的活性實現的，而這一過程受控于腦發出的神經信號。這意味著，腦需要從身體經歷中學習寒冷的感覺，隨后再反饋調控脂肪細胞的應對方式。

記憶的具象化

這項研究為我們理解腦、記憶和代謝是如何緊密交織在一起的提供了強有力的見解。

從臨床角度來看，這一發現還為治療多種疾病，如肥胖和癌癥提供了潛在的新路徑。肥胖、癌癥等疾病往往與體溫調節和代謝失調相關，而褐色脂肪組織正是調節代謝的關鍵靶點。研究人員指出，未來或許可以通過操控“寒冷記憶”來人為調整代謝功能，為治療相關疾病開辟新途徑。

更廣泛地說，這項研究也推動我們反思腦功能的本質。研究人員表示，我們思維中那些看似復雜的高級過程，其實根植于更基礎、更本能的身體經驗。理解腦是如何將環境體驗轉化為具體的生理調節機制，對于全面理解情緒和記憶的運作至關重要。

#參考來源：

https://www.tcd.ie/news_events/top-stories/featured/remembering-the-cold/

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01132-w

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08902-6

#圖片來源：

封面圖&首圖：Nora Maria Raschle