Neuron: 短期味覺記憶的神經(jīng)奧秘
味覺是動(dòng)物感受外界并與外界互動(dòng)的重要媒介之一，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同的味道在味覺皮層有不同的映射，這些味覺皮層區(qū)域通過跟不同皮層下腦區(qū)的互動(dòng)，整合情緒、價(jià)值、饑餓狀態(tài)、及其他感知覺輸入來產(chǎn)生味覺相關(guān)的行為，如覓食、逃避等。這些生存相關(guān)的本能行為，尤其在野外，通常需要快速?zèng)Q策和執(zhí)行，這就需要依賴腦內(nèi)形成的關(guān)于味覺的短期記憶，然而這種味覺短期記憶形成的神經(jīng)機(jī)制卻尚不清楚。
近日，來自美國(guó)哥倫比亞大學(xué) Charles S. Zuker 團(tuán)隊(duì)研究人員在 Neuron 上發(fā)表工作“A neural substrate for short-term taste”，發(fā)現(xiàn)了味覺皮層神經(jīng)元的持續(xù)活動(dòng)是味覺短期記憶的重要神經(jīng)機(jī)制，短暫解除味覺皮層活動(dòng)的抑制可延長(zhǎng)短期記憶。
研究人員開創(chuàng)出一種檢測(cè)味覺記憶的行為范式，將經(jīng)過禁水處理的動(dòng)物放在一個(gè)轉(zhuǎn)輪上，通過舔舐奎寧或安賽蜜進(jìn)行味覺學(xué)習(xí)，并在一定的時(shí)間延遲后給予兩種的不同的氣味（戊酯已酸酯和苯甲醛），通過給予水作為獎(jiǎng)勵(lì)，讓動(dòng)物形成味覺記憶。由驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中可以看出，利用氣味來鑒別甜和苦的效率與延遲實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)短正相關(guān)，說明動(dòng)物對(duì)甜和苦的記憶是符合短期記憶的規(guī)律的，而鑒別氣味與延遲時(shí)間無關(guān)，這也符合動(dòng)物的本能反應(yīng)。（圖一）
圖一 味覺短期記憶范式的建立
利用以上范式，研究人員探究了甜和苦記憶的神經(jīng)機(jī)制，他們首先利用鈣成像證實(shí)了島葉后部（GCbt）神經(jīng)元對(duì)苦味而非甜味的編碼，并且可能是通過 TRPM5 來介導(dǎo)的。接著研究人員利用上述范式，在苦味劑后給予不同的時(shí)間延遲，發(fā)現(xiàn) GCbt 神經(jīng)元活動(dòng)隨著延遲時(shí)間增常而減弱。（圖二）
圖二 GCbt 苦味神經(jīng)元活動(dòng)與延遲時(shí)間長(zhǎng)短呈負(fù)相關(guān)
研究人員為了證實(shí) GCbt 神經(jīng)元的持續(xù)性活動(dòng)不是因?yàn)闅埩粼谏囝^上的苦味物質(zhì)的結(jié)果，研究人員進(jìn)行了兩步實(shí)驗(yàn)，首先用光遺傳激活腦干中已知的苦味核團(tuán)，能跟苦味劑一樣激活 GCbt 神經(jīng)元，證明其可以一定程度上代表舌頭上對(duì)苦味的感受；然后他們用光遺傳在延遲期間抑制這類腦干神經(jīng)元，模擬舌頭苦味感受的阻斷。由此發(fā)現(xiàn)，延遲期間阻斷了舌頭苦味感受并不影響 GCbt 神經(jīng)元活動(dòng)，說明舌頭苦味殘留與 GCbt 神經(jīng)元活動(dòng)無關(guān)。（圖三）
圖三 舌頭苦味殘留不影響 GCbt 神經(jīng)元活動(dòng)
那么，如果 GCbt 神經(jīng)元的持續(xù)性活動(dòng)是短期味覺記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)，那么它應(yīng)該符合以下規(guī)律：第一，記憶的衰減時(shí)間進(jìn)程應(yīng)該與動(dòng)物的短期記憶表現(xiàn)相關(guān)；第二，在延遲期間抑制味覺皮層活動(dòng)會(huì)抹去記憶；第三，延長(zhǎng) GCbt神經(jīng)元活動(dòng)的衰減能延長(zhǎng)短期記憶。實(shí)驗(yàn)證明，GCbt 神經(jīng)元活動(dòng)與正確的選擇相關(guān)，并且經(jīng)過 6s 長(zhǎng)延遲訓(xùn)練的動(dòng)物對(duì)苦味記憶比 1s 短延遲訓(xùn)練的動(dòng)物記憶時(shí)長(zhǎng)更長(zhǎng)，CGbt 神經(jīng)元活動(dòng)衰減也更慢。利用光遺傳分別在苦味刺激、延遲期間抑制 CGbt 神經(jīng)元都能減弱動(dòng)物對(duì)苦味的記憶。激活 GCbt 中的 VIP 神經(jīng)元可以抑制其中中間能抑制性神經(jīng)元的活動(dòng)，研究人員通過此來在延遲期間對(duì) GCbt 苦味神經(jīng)元解除抑制，延長(zhǎng)其活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物對(duì)苦味的記憶顯著延長(zhǎng)。（圖四）
圖四 GCbt 苦味神經(jīng)元活動(dòng)去抑制可延長(zhǎng)動(dòng)物味覺記憶
實(shí)時(shí)比較食物和決策進(jìn)食是通過短期味覺記憶是實(shí)現(xiàn)的，本文工作以苦味的記憶為例，解析了這種短期味覺記憶主要通過味覺皮層神經(jīng)元活動(dòng)的持續(xù)來產(chǎn)生，并提出本能進(jìn)食行為，可以在經(jīng)驗(yàn)、外界感知覺輸入的共同整合調(diào)節(jié)下得到適應(yīng)性微調(diào)。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.10.009
參考文獻(xiàn)
Juen Z, Villavicencio M, Zuker CS. A neural substrate for short-term taste memories [published online ahead of print, 2023 Nov 1]. Neuron. 2023;S0896-6273(23)00765-1. doi:10.1016/j.neuron.2023.10.009
編譯作者：圓也荷荷/（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）
校審：Simon（brainnews編輯部）
