情境記憶（contextual memories）的獲取需要海馬回路的工作。一旦獲得，在系統(tǒng)水平記憶鞏固期間，情境記憶在新皮質(zhì)中逐漸成熟為穩(wěn)定的形式。標(biāo)準(zhǔn)鞏固模型提出，情境記憶的長期存儲可能涉及新皮質(zhì)回路中持久的突觸變化，從而使遠(yuǎn)程記憶回憶較少依賴于海馬。然而，遠(yuǎn)程情境記憶的突觸特異性底物尚未被識別。

前額葉皮層（PFC）中記憶印記神經(jīng)元在學(xué)習(xí)過程中快速生成，隨著時(shí)間的推移逐漸成熟，并在遠(yuǎn)程記憶召回過程中重新激活。但PFC印記神經(jīng)元如何在突觸水平上促進(jìn)遠(yuǎn)程記憶鞏固仍不清楚。

近日，美國加利福尼亞大學(xué)河濱分校Jun-Hyeong Cho團(tuán)隊(duì)在Nature Neuroscience上發(fā)表研究，證明了遠(yuǎn)程情境恐懼記憶的鞏固與前額葉皮層（PFC）中印記神經(jīng)元之間的興奮性聯(lián)系的逐步加強(qiáng)相關(guān)，前額葉皮層神經(jīng)元在學(xué)習(xí)過程中活躍，在遠(yuǎn)程記憶召回過程中重新激活，而遠(yuǎn)程記憶消散削弱了這些突觸聯(lián)系。

mPFC中印記神經(jīng)元的再激活與遠(yuǎn)程記憶召回

研究人員使用雜合Fos-iCreERT2小鼠來標(biāo)記在情境恐懼調(diào)節(jié)（CFC）期間招募的神經(jīng)元。同時(shí)，CFC期間活躍的神經(jīng)元在c-Fos啟動子的控制下表達(dá)iCreERT2，這在4-OHT存在下誘導(dǎo)LoxP-STOP-LoxP序列的重組，導(dǎo)致tdTomato（tdT）表達(dá)[Fig.1a,b]。CFC后四周，小鼠在情境A中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的freezing行為，對遠(yuǎn)程記憶召回期間活躍的神經(jīng)元進(jìn)行c-Fos免疫標(biāo)記。

在mPFC的分區(qū)PL和基底外側(cè)杏仁核（BLA）中，CFC組中所有tdT+神經(jīng)元中的tdT+細(xì)胞密度和c-Fos+比例均高于HC組，而c-Fos+細(xì)胞密度在各組之間沒有差異。這些結(jié)果表明，CFC招募了mPFC/PL和BLA神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在遠(yuǎn)程記憶回憶過程中比HC中活躍的神經(jīng)元更有可能重新激活。

Figure 1 活性依賴性標(biāo)記識別了mPFC印記神經(jīng)元，其再激活導(dǎo)致記憶召回

mPFC印記環(huán)路的CREB依賴性強(qiáng)化

因?yàn)镃REB對神經(jīng)元可塑性至關(guān)重要，CREB抑制可能阻斷mPFC印記環(huán)路的增強(qiáng)，從而阻斷系統(tǒng)鞏固。研究人員在CFC后使用突變CREB（S133A）或MutCREB10抑制mPFC印記神經(jīng)元中的CREB，結(jié)果發(fā)現(xiàn)突觸后mPFC神經(jīng)元中MutCREB的表達(dá)阻止了mPFC印記環(huán)路的增強(qiáng)[Fig.2c,d]。

同時(shí)，CFC后mPFC印記神經(jīng)元中MutCREB的過表達(dá)也抑制了遠(yuǎn)程記憶召回[Fig.2e,f]，表明CREB在遠(yuǎn)程記憶鞏固和/或召回中的關(guān)鍵作用。

Figure 2 mPFC印記環(huán)路的加強(qiáng)需要CREB

mPFC中印記細(xì)胞的成熟需要海馬齒狀回的活動

接下來，對CFC期間活躍的DG印記神經(jīng)元進(jìn)行了基因消融，并檢查了這如何影響遠(yuǎn)程記憶召回期間mPFC印記神經(jīng)元的再激活以及mPFC印記環(huán)路的增強(qiáng)。利用病毒策略在DG印記神經(jīng)元表達(dá)tdT和taCasp3-TEVp，并經(jīng)歷taCaspase-3介導(dǎo)的細(xì)胞死亡，導(dǎo)致DG印記神經(jīng)元的在CFC 28天后有效消融。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CFC 28天后Casp3+組的小鼠表現(xiàn)出比無Caspase3（Casp3?）對照組的小鼠少得多的恐懼行為[Fig.3a-d]。在mPFC/PL和BLA中，Casp3+組中所有tdT+印記神經(jīng)元中c-Fos+神經(jīng)元的比例顯著低于Casp3-組[Fig.3e,f]，這表明當(dāng)DG印記神經(jīng)元被消融時(shí)，在遠(yuǎn)程記憶召回期間印記神經(jīng)元的再激活減少。

Figure 3 學(xué)習(xí)后DG印記神經(jīng)元的消融抑制了記憶召回期間mPFC印記神經(jīng)元的再激活

用于遠(yuǎn)程恐懼記憶召回的mPFC-BLA印記回路

mPFC印記神經(jīng)元如何激活BLA印記神經(jīng)元以誘導(dǎo)遠(yuǎn)程恐懼記憶召回。在mPFC印記神經(jīng)元表達(dá)ChR2 -eYFP，BLA印記神經(jīng)元表達(dá)tdT[Fig.4a-c]。通過電生理檢測突觸變化，發(fā)現(xiàn)mPFC印記神經(jīng)元可以在遠(yuǎn)程恐懼記憶召回期間有效地重新激活BLA印記神經(jīng)元[Fig.4d,e]。

Figure 4 mPFC印記神經(jīng)元在遠(yuǎn)程恐懼記憶召回期間通過直接和間接途徑連接到BLA印記神經(jīng)元

mPFC印記神經(jīng)元和召回神經(jīng)元之間的強(qiáng)連接

在遠(yuǎn)程記憶召回期間，重新激活的mPFC印記神經(jīng)元可能會招募在CFC期間不活躍的其他mPFC神經(jīng)元，稱為“mPFC召回神經(jīng)元”。通過ChR2+神經(jīng)元代表mPFC印記神經(jīng)元，而tdT+/ChR2-神經(jīng)元代表mPFC召回神經(jīng)元，ChR2+神經(jīng)元輸入的光刺激在tdT+/ChR2– mPFC神經(jīng)元中誘導(dǎo)谷氨酸能和單突觸EPSCs[Fig.8e]，表明mPFC召回神經(jīng)元接受了mPFC印記神經(jīng)元的興奮性輸入。

同時(shí)，mPFC召回神經(jīng)元比其他神經(jīng)元接收到更強(qiáng)的mPFC印記神經(jīng)元的輸入[Fig.8f,g]。因此，在遠(yuǎn)程記憶召回期間，重新激活的mPFC印記神經(jīng)元可以有效地招募mPFC召回神經(jīng)元[Fig.8h]。

Figure 5 在初始學(xué)習(xí)期間活躍的mPFC神經(jīng)元與遠(yuǎn)程記憶召回期間招募的mPFC神經(jīng)強(qiáng)烈連接

結(jié) 論

在本研究中，研究人員證明了遠(yuǎn)程情境記憶的長期存儲涉及mPFC印記神經(jīng)元之間興奮性連接的累積性和突觸特異性增強(qiáng)，強(qiáng)調(diào)了持續(xù)的海馬活動在mPFC印記神經(jīng)元成熟中的作用。

此外，mPFC印記環(huán)路的增強(qiáng)還可以促進(jìn)mPFC印記神經(jīng)元的同步活動，用于遠(yuǎn)程記憶召回。總之，這篇研究報(bào)道了遠(yuǎn)程情境記憶在新皮質(zhì)中鞏固的新機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

Lee, Ji-Hye et al. “Neocortical synaptic engrams for remote contextual memories.” Nature neuroscience, 10.1038/s41593-022-01223-1. 23 Dec. 2022, doi:10.1038/s41593-022-01223-1

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

校審：Simon（brainnews編輯部）

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