記憶存儲在多個(gè)大腦區(qū)域的稀疏神經(jīng)元群體中，最近的研究表明，參與記憶編碼（有時(shí)稱為記憶印記細(xì)胞）的神經(jīng)元在不同區(qū)域中比非記憶編碼神經(jīng)元具有更強(qiáng)的連接性。然而，這些區(qū)域間聯(lián)系在學(xué)習(xí)時(shí)是如何協(xié)調(diào)的，以確保所有記憶神經(jīng)元集群形成一個(gè)連貫的通路，在記憶提取過程中可以容易地激活，這仍然是未知的。此外，由于記憶依賴于多個(gè)大腦區(qū)域的神經(jīng)元集合，這也提出了神經(jīng)元募集是跨區(qū)域協(xié)調(diào)還是獨(dú)立的問題。

近日，美國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校Alcino J. Silva教授研究團(tuán)隊(duì)在Neuron上發(fā)表研究，采用將CREB介導(dǎo)的記憶分配與跨突觸逆行追蹤相結(jié)合的方式，證明了小鼠中一個(gè)腦區(qū)一組神經(jīng)元上厭惡記憶的編碼會直接影響上游腦區(qū)中相互連接的神經(jīng)元上記憶的編碼，并以行為特異性和腦區(qū)特異性的方式進(jìn)行。

CTA期間BLA中的記憶分配專門招募IC中的突觸前神經(jīng)元

在CTA（條件味覺厭惡）期間，BLA（基底外側(cè)杏仁核）和IC（島葉皮層）之間的時(shí)間精確協(xié)調(diào)對于形成長期厭惡記憶是必要的。為了研究記憶神經(jīng)元集群之間跨區(qū)域協(xié)調(diào)的可能性，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的方法，將記憶分配給一個(gè)大腦區(qū)域中的特定神經(jīng)元（例如，在CTA期間），并在另一個(gè)腦區(qū)域中識別它們的突觸前伴侶，該方法被稱為記憶集群的跨區(qū)域傳入網(wǎng)絡(luò)（CRANEs），將vCREB（病毒載體介導(dǎo)CREB的表達(dá)）與狂犬病G蛋白（RG-CREB）和TVA受體表達(dá)整合，以允許從vCREB神經(jīng)元中識別全腦突觸前神經(jīng)元[Fig.1A]。

在BLA中使用CRANE系統(tǒng)，識別到在記憶提取過程中活躍的IC狂犬病毒陽性神經(jīng)元[Fig.1B]。

另外，對AFC（條件聽覺恐懼）記憶提取過程中狂犬病毒陽性IC神經(jīng)元激活的分析發(fā)現(xiàn)RG-CREB和RG-CFP組之間沒有差異[Fig.1F]，這一差異強(qiáng)調(diào)了大腦區(qū)域之間連接的經(jīng)驗(yàn)依賴性變化。

Figure 1 CTA期間BLA中的記憶分配特異性招募IC中的突觸前神經(jīng)元

突觸前記憶集群的招募是區(qū)域特異性和任務(wù)特異性的

在記憶編碼過程中突觸前神經(jīng)元的募集并不是BLA特有的，這可能是跨不同腦區(qū)運(yùn)作的一般機(jī)制。研究人員在AFC期間對BLA使用了CRANE[Fig.2C]，結(jié)果表明，逆行機(jī)制在協(xié)調(diào)其他類型記憶在大腦區(qū)域的記憶分配中也發(fā)揮了作用，表明其在招募大腦區(qū)域記憶分配方面具有普遍作用。

Figure 2 突觸前記憶集群的募集是雙向的，在皮層和亞皮層區(qū)域之間具有任務(wù)特異性

跨腦區(qū)記憶集群的招募取代了區(qū)域特定的分配機(jī)制

上述結(jié)果表明除了在大腦區(qū)域內(nèi)發(fā)揮局部作用的分配機(jī)制外，還存在跨腦區(qū)運(yùn)行的逆行機(jī)制，以控制突觸前神經(jīng)元向記憶集群的募集。研究人員在BLA中使用了CRANE系統(tǒng)，并在IC中表達(dá)了vCREB[Fig.3A]，以驗(yàn)證這兩個(gè)過程在CTA中是否相互支持或干擾。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，投射到BLA RG-CREB神經(jīng)元的CREB陽性IC神經(jīng)元在記憶提取期間被重新激活的可能性是相鄰vCREB陽性神經(jīng)元的2.5倍，是相鄰vCREB陰性神經(jīng)元的4倍[Fig.3B]。這表明跨腦區(qū)的突觸前神經(jīng)元逆行募集機(jī)制取代了局部記憶的分配機(jī)制。

Figure 3 BLA和IC中CREB的表達(dá)通過增強(qiáng)BLA和IC-記憶神經(jīng)元之間的連接來提高CTA記憶

統(tǒng)計(jì)模型支持逆行機(jī)制在協(xié)調(diào)大腦區(qū)域記憶集群募集中的作用

最后，研究人員使用了四種不同可能性的統(tǒng)計(jì)模型，以解釋逆行機(jī)制在協(xié)調(diào)不同腦區(qū)記憶集群的募集中起著關(guān)鍵作用。使用從文獻(xiàn)中獲得的數(shù)據(jù)來生成模型預(yù)測，發(fā)現(xiàn)在順行模型、隨機(jī)共激活模型、混合模型和逆行模型中，只有逆行模型最好地解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果[Fig.4]。

Figure 4 記憶分配跨區(qū)域協(xié)調(diào)的逆行模型

結(jié) 論

在這里，證明了編碼給定記憶神經(jīng)元的招募是跨大腦區(qū)域協(xié)調(diào)進(jìn)行的。使用CRANE系統(tǒng)標(biāo)記和追蹤大腦中記憶網(wǎng)絡(luò)的連通性，發(fā)現(xiàn)一個(gè)腦區(qū)中的記憶分配直接招募其他腦區(qū)中的突觸前伴侶來參與記憶提取。說明存在一種通用的逆行機(jī)制，以特定任務(wù)的方式協(xié)調(diào)不同腦區(qū)的記憶形成。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.11.018

參考文獻(xiàn)：

Bogdan R, Hatoum AS, Johnson EC, Agrawal A. The Genetically Informed Neurobiology of Addiction (GINA) model. Nat Rev Neurosci. 2023 Jan;24(1):40-57. doi: 10.1038/s41583-022-00656-8. Epub 2022 Nov 29. PMID: 36446900.

編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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