《Nature Neuroscience》大脑树突 “秘密操作”，竟能让相近记忆 “手牵手”

为解决记忆链接中树突可塑性机制不明的问题，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员研究 RSC 中树突机制对情境记忆链接的作用，发现其依赖神经元群体和树突分支特异性分配。该成果对理解记忆整合意义重大，推荐科研读者阅读。

　　

在大脑的记忆世界里，有着许多神秘而有趣的现象等待我们去探索。你有没有想过，为什么我们经历的一些事情，会在记忆中紧密相连，而有些却彼此独立呢？比如，你可能会记得昨天先去超市买东西，然后回家做饭，这两件事在记忆里是连贯的；但上个月的一次旅行和去年的一次考试，在记忆中却没什么关联。这背后的神经机制是什么呢？

近年来，科学家们发现，不同记忆之间的联系，可能和神经元群体的重叠有关。简单来说，就是大脑中负责存储不同记忆的神经元，有的时候会有一部分是相同的，这就使得这些记忆之间产生了联系。就像不同的文件夹里，有一些文件是重复的，这些重复的文件就把不同的文件夹关联起来了。然而，这里面还有很多问题没有弄清楚。比如，神经元产生重叠的具体机制是什么？在这个过程中，神经元的树突（神经元接收信息的重要结构）又起着怎样的作用呢？这些问题就像一团团迷雾，笼罩着科学家们，激发着他们不断去探索。

为了揭开这些谜团，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校等机构的研究人员在《Nature Neuroscience》期刊上发表了一篇名为 “Compartmentalized dendritic plasticity in the mouse retrosplenial cortex links contextual memories formed close in time” 的论文。他们发现，记忆的关联不仅依赖于神经元群体的重叠，还和树突的分支特异性分配机制有关。简单来讲，就是大脑在存储记忆时，会把时间上接近的记忆分配到相同的树突分支上，就像把相关的文件放在同一个文件夹的特定格子里，这种机制对记忆的整合有着至关重要的作用。这一发现就像是在黑暗中点亮了一盏灯，为我们理解大脑记忆的奥秘提供了新的方向。

在这项研究中，研究人员用到了好几种厉害的技术方法。他们通过活动依赖标记和操纵方法，就像是给神经元做上特殊的标记，这样就能追踪和控制它们；利用纵向单光子和双光子成像技术，对神经元的胞体和树突进行观察，这就好比用一个高清显微镜，实时查看神经元的活动情况；还运用了计算建模，通过构建数学模型，模拟大脑中记忆的形成和关联过程，帮助他们更好地理解实验结果。

下面我们来详细看看研究结果。

1. 重叠的 RSC 神经元群体编码紧密相关的情境记忆：研究人员想知道，在对情境记忆至关重要的 retrosplenial cortex（RSC， retrosplenial cortex 是大脑中与空间和情境记忆处理相关的区域）中，编码不同记忆的神经元群体是否会有重叠。他们给小鼠戴上定制的头戴式微型显微镜，观察小鼠在探索不同环境时 RSC 神经元的钙动态变化（钙动态变化可以反映神经元的活动情况）。结果发现，小鼠在探索间隔 5 小时的两个环境时，RSC 神经元群体的重叠程度，比间隔 7 天的更高。这就好像大脑在处理时间上接近的记忆时，会让更多相同的神经元参与进来。而且，RSC 神经元在探索时间接近的环境时，钙瞬变频率相似，高活性细胞在不同环境中更容易被重新激活。同时，通过 Naive Bayes（NB）分类器分析发现，区分间隔 7 天和 5 小时的环境探索记录，准确率更高。这些都表明，当情境记忆在时间上接近时，RSC 中会有重叠的神经元群体被激活，它们的动态活动可能在不同情境记忆的关联中发挥着关键作用。

2. RSC 神经元重叠链接紧密相关的记忆：为了探究 RSC 神经元共分配在链接情境记忆中的因果作用，研究人员利用 TetTag 系统标记和操纵 RSC 神经元群体。他们发现，光遗传学重新激活代表单个情境恐惧记忆的 RSC 神经元群体，能在原本中性的新环境中引发恐惧反应。而且，重新激活与 “链接” 记忆相关的 RSC 神经元群体，也足以引发恐惧反应。这就好比是找到了记忆的 “开关”，一旦打开，就能唤起相关的记忆和情绪。此外，通过人为地使特定 RSC 神经元群体编码两个记忆，可以链接原本独立的两个情境记忆，这进一步证明了 RSC 神经元群体重叠对情境记忆链接的重要性。

3. 编码链接记忆的树突群体重叠：虽然知道神经元群体重叠对记忆链接很重要，但细胞内的具体过程还不清楚，特别是树突可塑性机制是否有贡献。研究人员用双光子显微镜研究了 V 层 RSC 神经元顶端树突的功能和结构动态。他们发现，小鼠在探索间隔 5 小时的不同环境时，相同的树突区域更有可能被重新激活，而间隔 7 天则不会。这说明，时间上接近的情境记忆，在树突层面也有重叠现象。同时，新形成的树突棘（树突上的微小突起，与神经元之间的信息传递有关）更倾向于添加到相同的树突段，并且这些新树突棘会聚集在一起。这就好像树突在为存储相关记忆做准备，把重要的信息都集中在特定的区域。

4. 标记树突群体的重新激活可以链接记忆：研究人员想知道这种树突共分配是否足以链接情境记忆。他们结合 cFos - tTA 系统的活动依赖标记和 Arc mRNA 的树突靶向元件（DTE），可以在 RSC 神经元的树突段表达 Channelrhodopsin，从而操纵树突活动。实验发现，激活标记的树突段可以链接原本独立的两个情境记忆。这就像是给树突赋予了特殊的能力，让它可以把不同的记忆联系起来，进一步证明了树突机制在情境记忆分配和链接中的重要作用。

5. 树突可塑性机制的生物物理建模：研究人员通过构建网络模型，来探索在没有树突机制的情况下，紧密相关的记忆是否还能链接。模型显示，当记忆在时间上接近时，神经元和树突的重叠更高，突触聚类也增加。而且，当模型缺乏树突机制时，记忆的共回忆或链接就会消失，这表明树突机制对稳定的记忆链接至关重要。同时，模型还预测，当两个记忆编码时，输入需要重叠到相同的树突隔室，才能有效地链接，这进一步强调了树突分配机制在记忆链接中的必要性和重要性。

总的来说，这项研究揭示了局部树突机制在介导神经元群体重叠和链接情境记忆中起着关键作用。在 RSC 中，神经元群体的重叠足以链接不同的情境记忆，而局部树突规则进一步塑造了记忆在树突段的分配，使得时间上接近的记忆更有可能被分配到相同的树突段。这一发现就像是打开了大脑记忆研究的新大门，让我们对记忆的形成和整合有了更深入的理解。它不仅为我们解释了大脑如何将相似的记忆联系起来，还为后续研究不同脑区的记忆组织机制提供了重要的参考。未来，科学家们或许可以基于这些发现，进一步探索记忆相关疾病的发病机制，寻找治疗这些疾病的新方法，帮助那些受记忆问题困扰的人们。