诺奖得主Neuron发布光遗传学重要成果

　　

生物通报道   当你记住一次特别的经历时，这样的记忆具备了三个关键要素——何人，何时以及何地。麻省理工学院（MIT）的神经科学家们现在发现了一个负责处理记忆中“何时”与“何地”元件的大脑回路。

这一连接海马及内嗅皮层的回路，将位置和时间分成了两个信息流。研究人员还鉴别出了内嗅皮层中有两个神经元群传递了这一信息，被分别命名为“海洋细胞”（ocean cells）和“岛细胞”（island cells）。这些研究发现发布在9月23日的《神经元》（Neuron）杂志上。

这篇文章的资深作者是麻省理工学院生物系教授、Picower学习与记忆研究所RIKEN-MIT中心主任利根川进（Susumu Tonegawa）。他因为“发现抗体多样性的遗传学原理”获得了1987年的诺贝尔生理学或医学奖。利根川进教授是日本首位诺贝尔医学奖得主，也是极少数“独得”该奖项的科学家（延伸阅读：诺奖得主Nature光遗传学重大成果：如何赶走不开心 ）。

以往的记忆模型表明，对于记忆形成至关重要的脑结构——海马分离了时间和环境信息。而新研究表明在到达海马之前这一信息就已被分解。

论文的主要作者之一、麻省理工学院大脑与认知科学研究生Chen Sun说：“这表明在海马的上游便已将功能一分为二。一条信号通路将时间信息反馈到海马中，另一条信号通路将环境信息反馈到海马。”

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何时与何地

定位在海马的外部，内嗅皮层将来自其他皮质区域的感觉信息传递至形成记忆的海马处。利根川进和同事们在几年前就发现了岛细胞和海洋细胞，并且自那时起便一直在揭示它们的功能。

2014年，利根川进实验室报告称，岛细胞是大脑联系两件连续快速发生的事件形成记忆的必要条件。在这项Neuron新研究中，研究小组发现海洋细胞是表达出事件发生地点的必要条件。岛细胞形成了小细胞团，被海洋细胞围绕。

Sun说：“海洋细胞对于环境表达极为重要。当你在图书馆时，当你过马路时，当你乘地铁时，你都会获得与每个环境相关的不同记忆。”

为了发现这些功能，研究人员用一种荧光分子标记了两个细胞群，当这一荧光分子与钙结合时便会发光——这表明了神经元正在放电。这使得他们能够确定在任务要求小鼠区分两种不同的环境，或及时联系两个事件时哪些细胞会活化。

研究人员还利用了光遗传学（optogenetics）技术，这使得他们能够用光来控制神经元活性，从而调查当岛细胞或海洋细胞沉默时小鼠行为的改变。

当他们阻断海洋细胞活性时，动物不再能够将某一环境与接受足部电击后产生的恐惧联系起来。同时操控岛细胞，研究人员则可延长或缩短小鼠记忆中关联事件之间的时间间隔。

信息流

以往，利根川进实验室发现，岛细胞的放电速度依赖于动物移动的速度，研究人员由此认为岛细胞帮助引导了动物穿过空间。同时，海洋细胞帮助了动物识别在特定的时间所处的位置。

研究人员还发现，两个信息流从内嗅皮层流向海马不同的区域：海洋细胞将环境信息发送到了CA3和齿状回区域，而岛细胞投射到了CA1细胞。

利根川进实验室现正进一步研究，内嗅皮层和大脑的其他区域是如何表示时间和地点的。研究人员也在调查，大脑中的时间和位置信息进一步加工建立起一个事件完整记忆的机制。

论文主要作者、麻省理工学院博士后Takashi Kitamura说：“为了形成情景记忆，每个元件都必须一起重组。这是下一个要探讨的问题。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Kitamura T, Sun C, Martin J, Kitch LJ, Schnitzer MJ, and Tonegawa S. Entorhinal cortical Ocean cells encode specific contexts and drive context-specific fear memory. Neuron. doi: 10.1016/j.neuron.2015.08.036