有过似曾相识的感觉吗?《PNAS》报道大脑如何选择性记忆新地方

【字体: 时间:2018年01月03日 来源:生物通

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  神经科学家识别出了帮助大脑记录新地点的神经电路:一个被称为蓝斑的脑干区域能响应新感官刺激,然后向海马的CA3区释放大量多巴胺促进新位置信息储存。

  

当你进入一个房间,你的大脑必须接受各种感官信息轰炸。如果是你所熟悉的房间,大部分信息已经储存在你的长期记忆之中,如果是你不熟悉的房间,大脑如何安放和处理新记忆呢?

麻省理工大学的神经学家找到了大脑处理新场所信息的方式。

“人类大脑必须具备在一个全新环境中记忆特殊事物的能力,这项能力对我们人类能否适应这个世界至关重要,”RIKEN-MIT神经回路遗传学中心主任、生物学和神经科学教授Susumu Tonegawa说。

大约15年前,Tonegawa实验室发现海马的CA3区负责新环境的记忆形成。研究人员假设,当进入一个新环境时,CA3区应接收来自其他脑区的记忆形成刺激信号。他们认为,传递信号的化学物质应该是神经调质(neuromodulators),神经调质从蓝斑(locus coeruleus,LC)和大脑奖赏系统关键组成部分腹侧被盖区(ventral tegmental area,VTA)发出,然后被CA3接收。

LC已被证明能响应一系列包括视觉、声音和气味等感官输入,然后将这些信息发送到其他脑区,包括CA3区。于是,研究人员决定将注意力主要集中在LC上。

为了解开LC-CA3的沟通作用,研究人利用光遗传构建了二者之间神经元活动受阻的转基因小鼠。

为了测试小鼠的记忆能力,他们先让小鼠们体验一个未知空地。第二天,再将它们放入相同空间,那些LC-CA3沟通未受中断的的小鼠,探索空间所用时间比转基因小鼠短很多,对正常小鼠来说,它们已经熟悉了这片区域。而LC-CA3通路受阻的小鼠们第二天探索相同环境的时间与第一天相同,表明它们无法形成对新环境的记忆。

LC起作用的方式似乎是向CA3区释放神经调质多巴胺,此前,人们一直认为LC是海马去甲肾上腺素的主要供源。研究人员认为,多巴胺的大量涌入可以帮助CA3强化突触和新地点记忆形成能力。

如图所示,标记红色的是去甲肾上腺素转运体(norepinephrine transporter,NET)阳性细胞(代表蓝斑),标记绿色的是腺相关病毒(adeno-associated virus,AAV)介导的光敏抑制视蛋白古紫质(archaerhodopsin,Arch),标记蓝色的是脑干细胞。

研究人员随后发现,除了新环境以外的其他记忆类型(如恐惧)并不需要这种机制。LC和CA3的关联是CA3形成长期空间记忆的必要条件。

“大脑如何选择性地记住某事物一直都是个谜,”爱丁堡大学神经科学教授Richard Morris在评价这篇12月26日发表的《PNAS》文章时说道。“LC和CA3的通路活性在接触新环境时最为强烈,意味着这条神经回路的活化能重现个人经历,帮助记录和保存曾发生过的事情和曾去过的地方。”

研究人员说,这种机制可以帮助动物高效记录新环境,而不至于浪费智力来记录已经熟悉的地方。

“当我们接触感官信息时,我们实际上已经在无意识地选择记忆。对动物生存来说,记住某些特定的事物是必要的,而其他已经熟悉的事物也许会被标记为可被遗忘的,”文章一作、前MIT研究员Akiko Wagatsuma说。

LC如何识别一个环境是新还是旧?仍有待阐明。研究人员推测,可能是某脑区能将新环境与已经储存的记忆或已形成的对环境的期望进行比对,但还需要更多实验进行验证。“这将是另一个艰巨挑战,”Tonegawa。“希望有新技术能帮助解决这一问题。”

原文检索:Locus coeruleus input to hippocampal CA3 drives single-trial learning of a novel context

(生物通:伍松)

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