为什么有些记忆只持续几分钟，而另一些记忆却被蚀刻了？短期记忆如何转化为长期记忆？想必我们会记得，在电影《初恋的50次》中，女主角因车祸造成脑损伤，只能形成短期记忆，没有办法形成长期记忆。虽然这次特殊的邂逅，引发了男女主人公之间的浪漫爱情故事，但长期记忆形成的机制一直困扰着科学家。
电影《五十个初恋》的海报。
最近，科学家们在这项研究中取得了新的进展。中国科学技术大学生命科学学院的毕国强与北京大学分子医学研究所程和平合作，发现神经元树突状"线粒体浮华信号"可能在通过突触将短期记忆转化为长期记忆中发挥关键作用，其结果于6月26日在线发布， 2017年在自然通讯。
首先，让我们来认识一下线粒体的小家伙。线粒体是细胞的"能量工厂"，是真核合成能量货币ATP的重要场所。不仅如此，近年来，科学家们发现线粒体在细胞凋亡和坏死等许多重要的生理病理过程中起着关键的调节作用。
2008年，cheng的团队首次报道了一种新的细胞生物学现象，这种现象发生在个体线粒体水平，即线粒体。与大多数传统的细胞内信号不同，线粒体浮华是一种"完全或没有"类型的量子信号，在短短几十秒内，线粒体活性氧爆发，基质瞬时碱化，膜电位瞬时下降，并且在短短一分钟内这些指标恢复到以前的状态。
科学家认为，线粒体浮华是线粒体基本功能事件的一种新形式。随后的一系列研究表明，线粒体在多个物种中广泛分布。从单细胞酵母到多细胞简单生物线虫，从复杂的哺乳动物小鼠到高等人类，只要功能性线粒体存在，线粒体信号就存在。可以说，线粒体在进化上是高度保守的。
一旦我们理解了线粒体发光信号，让我们来看看"突触"是什么。神经突触是记忆编码和存储的基本结构单元。大脑中的神经元通过突触相互连接，突触连接的强度反映了神经元之间信息传递的效率。突触连接的强度是可变的，称为突触可塑性，这是学习和记忆的神经基础。
突触可塑性根据持续时间可分为长期可塑性和短期可塑性。人们普遍认为，短期记忆与短期可塑性有关，而长期记忆与长期可塑性有关。例如，如果我们阻断了远距离可塑性的形成，实验动物就无法形成长期记忆。在不同类型的神经活动的调节下，突触可塑性在短时间内只能持续几秒钟到几分钟，而长时间内的突触可塑性可以持续数十分钟到几小时或更长时间。短期可塑性转化为长期可塑性的机制一直是记忆研究的热点。
经过长时间的研究和探索，研究人员推测，线粒体浮华很可能参与了突触可塑性的某种信号转导过程。为了做到这一点，研究人员选择了一种经典的学习记忆细胞模型 - 大鼠中的河马神经元 - 作为主题。
由于研究长距离突触可塑性需要数小时的突触长期观察，研究人员设计了特殊的显微镜成像条件，以尽量减少对神经元的损害，同时将它们保持在类似于身体的环境中，以满足长期连续成像的要求。此外，由于线粒体浮华是一种自发现象，为了能够准确地操作它，然后研究其功能，研究人员建立了双光子飞秒脉冲激活线粒体浮华方法，即利用第二激光机产生特定波长和短时间的光来靶向线粒体的刺激。
研究人员惊喜地发现，化学和电刺激诱导的突触的远距离增强总是伴随着突触附近的一个或多个线粒体闪光信号，而线粒体浮华信号的人工激活可以促进相邻突触从短期增强到长期增强的转变，而且，更有趣的是，线粒体浮华具有明确的时间窗口（在刺激的30分钟内有效） 和空间范围（有效在2微米内），用于有效调节突触可塑性。展示了线粒体耀眼控制突触可塑性机制的特异性和准确性。进一步的研究发现，线粒体浮华的产生取决于神经活性钙信号和钙依赖性激酶，而线粒体释放的活性氧信号可能是促进突触远程增强的关键信号分子。
"花哨"
线粒体浮华促进神经元突触的远距离增强（红色部分代表增强的突触;肥沃的线粒体;周围的白化代表线粒体中发生的线粒体）
这项工作首先报道了线粒体作为数字生物信号线粒体在突触可塑性过程中接收、整合和传输信号的重要作用，其科学价值在于首次揭示了突触线粒体与突触之间的双向信号传递机制。同时，它为理解线粒体的生物学意义提供了一个例子，即局部的瞬态活性氧爆发为"燃烧"突触水平的长期记忆提供了可能的分子和亚细胞机制。
试想一下，如果有一天我们能把这项技术应用到人脑中，不仅能帮助普通人更好的学习和记忆，就像电影《50倍的爱情》中因受伤而无法形成长久记忆的女主角，还可能得到更好的治疗，记住生命中的每一刻心跳。
该研究的共同第一作者是合肥微尺度材料科学国家实验室博士生、中国科学技术大学生命学院博士生傅忠孝，通讯作者是王先华副研究员（北京大学）、程平教授（北京大学）和毕国强教授（中国科学技术大学）。该项目得到了中国科学院试点项目、973计划和国家自然科学基金的支持。