作者：應雨妍
奇點糕記得，有一段時間，不少人在網上討論“腦控”，還有些人說自己被什麼高科技“腦控”了，高科技這事兒奇點糕不敢說，但是“腦控”，你要不問問腸道微生物呢？
是的，我們今天又要講神奇的腸道微生物了。這次，美國康奈爾大學威爾康奈爾醫學院的研究人員們發現，腸道微生物竟然會調節大腦對恐懼記憶的消除！接受過抗生素治療的小鼠，無法像普通小鼠一樣很快意識到“威脅它們生命的事情已經結束了”這一點。
這是因為腸道微生物的變化通過一些分子，改變了大腦中的小膠質細胞的基因表達，導致神經元的連接方式也發生了改變。如果在生命早期恢復小鼠的腸道微生物的話，小鼠的這種認知能力也會恢復正常。研究發表在了《自然》雜誌上。
聽起來有點玄學，到底是怎麼一回事呢？
首先，關於感知危險，主要指的是巴甫洛夫式習得恐懼，這是一種在進化上保守的聯想學習過程。
巴甫洛夫的狗的故事，不用奇點糕說，大家也都很熟悉，而在經典的恐懼條件反射範式中，當刺激不再和提示一起出現時，就會發生“消退學習”，受到刺激的個體也會相應地學習改變自己的行為，不再因為提示的出現就做出與刺激有關的行為。
所以說，假如一個人（一隻動物）消退學習有缺陷的話，在刺激，或者是危險已經過去之後，ta 可能也很難去改變自己的行為。
一般來說，一些精神障礙，例如創傷后應激障礙（PTSD）和其他的一些焦慮障礙就和消退學習的缺陷有關。患者在危險過去之後，仍然無法恢復到正常生活中，思維、記憶還會不由自主地反覆出現見證過的或經歷過的危險情境，在熟悉的環境下甚至會感覺到創傷性事件再次發生。
除此之外，還有過度警覺、注意力不集中、焦慮、易怒和迴避相關情境或活動等表現。
幾個月前，我們才介紹了腸道微生物與常見的精神障礙——抑鬱症的關聯，而且，更早的一些動物實驗也發現，腸道微生物的缺少或改變會影響神經發生、血腦屏障功能和小膠質細胞的成熟，以及與壓力相關的反應等等。
但是研究們對於微生物如何影響行為的闡釋有些是互相矛盾的，而且這其中的神經生物學機制也不是很清楚。
為了解釋清楚這個問題，研究人員給小鼠進行了抗生素治療，這些小鼠們的微生物載量是普通小鼠的1/600，微生物群結構也發生了改變。
研究人員接着開始幫助小鼠形成恐懼記憶，他們反覆對小鼠進行電擊，同時播放一些聲音，讓小鼠一聽到聲音就會聯想到電擊，表現出一些與恐懼有關的行為，比如說僵直。在恐懼記憶形成方面，普通小鼠和抗生素治療小鼠是沒有什麼區別的。
接下來，他們進行了消退學習的實驗：只播放聲音，但不進行電擊。重複幾次后，普通小鼠很快意識到，這回雖然有聲音，但沒有電擊了，它們的僵直行為逐漸消失，但抗生素治療小鼠則不然，它們仍然在聲音響起的時候出現僵直行為，一直沒從恐懼記憶中“緩過來”。
同樣的實驗結果也發生在了無菌小鼠的身上。
在恐懼記憶的消退過程中，普通小鼠（藍）和抗生素治療小鼠（d紅）、無菌小鼠（e紅）發生僵直的比例變化
由此看來，恐懼記憶的形成或許與腸道微生物沒什麼關係，但是恐懼記憶的消退學習應該是由腸道微生物介導的。
以前的研究已經表明，恐懼記憶的消退很大程度上取決於大腦前額恭弘=叶 恭弘皮層[9]。研究人員對小鼠的大腦進行了掃描，發現普通小鼠比抗生素治療小鼠有更少的樹突棘的減少。
前額恭弘=叶 恭弘皮層內側，皮質神經元（綠），小膠質細胞（紅），圖片來自於研究人員 Christopher Parkhurst and David Artis
樹突棘是樹突分枝上的棘狀突起，是神經元間形成突觸的主要部位。產生突觸和維持突觸的能力是突觸可塑性的重要組成部分，而突觸可塑性對於記憶和學習是至關重要的。因此，抗生素治療小鼠后，小鼠的突觸可塑性受損，也難怪它們在消退學習上的表現要比普通小鼠差了。
另外，雖然有研究發現，腸道微生物的變化可以影響整個前額恭弘=叶 恭弘皮層的基因表達譜[10]，但是研究人員還是想知道，究竟是哪些具體的腦細胞直接影響了小鼠的消退學習能力。
利用單細胞測序，他們發現，小膠質細胞中的基因表達變化最為可疑。抗生素治療小鼠的小膠質細胞似乎在“發育方面”有些問題，它們的一些與細胞未成熟狀態相關的基因表達水平很高，與普通小鼠差異很大。
抗生素治療小鼠小膠質細胞中的一些和普通小鼠表達有差異的基因相關的功能
小膠質細胞作為大腦中的免疫細胞，有吞噬和降解不需要突觸的功能，大腦可以根據自己的需求來對神經元的連接進行修剪和維持。不成熟的小膠質細胞或許在這個過程中，沒有好好執行自己的任務，一定程度上影響了小鼠的消退學習的能力。
說到這裏，大家可能會覺得，這個影響鏈條中間好像還差了一環，是的，腸道微生物是如何跨越萬水千山影響了大腦的呢？這一點研究人員也給出了解釋。
對於大腦，雖然腸道微生物“身不能至”，但是有代謝產物可以為它們跑腿啊。通過對小鼠的腦脊液進行分析，研究人員發現，有四種代謝產物的水平發生了變化，明顯低於普通小鼠，而這些代謝產物的水平變化也曾在人類精神分裂症和自閉症等精神疾病中出現過。
腸道微生物通過代謝產物調節小鼠恐懼消退的過程
最後，研究人員嘗試了給無菌小鼠移植腸道微生物，看看是否能夠恢復它們的消退學習能力，結果發現，確實可以，不過，這得建立在小鼠剛出生后就迅速進行移植的前提下。研究人員表示，這說明，腸道微生物在生命早期的學習能力的建立上就很重要。
雖然這不是第一個研究恐懼記憶和腸道微生物關係的研究，但是卻是第一個發現恐懼記憶消退的特殊缺陷的研究。這項研究的潛在應用是很廣泛的，因為包括創傷后應激障礙在內，幾乎所有的神經精神疾病患者都有突觸可塑性的缺陷，研究會為它們提供新的思路。
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