痕迹(engram)这一概念最初在一百多年前被提出,后来通过神经遗传学研究得到了复兴——在这些研究中,与记忆相关的神经集束被直接标记和操控——人为激活海马体痕迹可以提取相关记忆,甚至诱导出虚假记忆(Ramirez et al., 2013; Josselyn and Tonegawa, 2020)。如今,痕迹已成为以机制为核心的文献中实验的直接对象。除非另有说明,下文回顾的啮齿类动物证据均来源于情境恐惧条件反射或听觉恐惧条件反射范式,在这些范式中,两个厌恶事件在时间上相互分隔,关联和辨别在行为层面和集束层面均被读出。在行为层面,关联通过第二个中性情境中僵直行为的增加来推断——即通过泛化来推断——而辨别则通过条件刺激情境中僵直行为保持较高水平但在新情境中下降来推断,以及通过条件线索而非其他线索对僵直行为的控制来推断。在集束层面,关联通过两种经验对应的神经元集束之间的重叠来推断,这种重叠通过活动依赖性标记或活体钙成像进行测量;在再激活设计中,通过操控一个集束来使另一个记忆的分配或提取产生偏向来推断关联。辨别则对应于支持情境或线索特异性僵直行为控制的不重叠集束。痕迹重叠是关联时间上接近的记忆的重要基质,但重叠本身并不构成解释。核心问题在于重叠的概率、幅度和持久性是如何被调控的。现有研究已确定瞬时兴奋性状态、分子制动、抑制性网络动态、树突区室化和分布式系统巩固等为相关机制(Cai et al., 2016; Zhou et al., 2016; Mews et al., 2017; Abdou et al., 2018; Berry et al., 2018; Hidalgo and Paula-Lima, 2024)。与此同时,近期研究表明星形胶质细胞在学习过程中被募集,并能影响突触可塑性和记忆提取。这些文献在很大程度上是各自独立发展的,尚未解决可塑性的时间和空间约束如何协调,以及细胞重叠如何转化为行为表现。
因此,我们区分两种互补的记忆关联形式。前瞻性关联是指在编码过程中,时间上相邻的经验被优先共同分配,这种分配由神经元兴奋性和局部环路状态的短暂变化驱动(Cai et al., 2016)。回溯性关联则是指后来整合的记忆,这些记忆虽分别编码,但共享情境、语义或关系内容,其整合通过重放、再巩固和跨区域协调来实现。这一区分将因事件发生时间接近而关联它们的机制与因判定事件相关而关联它们的机制区分开来。
本叙述性综述构建了一个多尺度框架,在此框架中,动态募集阈值调节记忆何时能够共享神经基质,而亚细胞和局部网络机制则定义空间边界,约束可塑性的扩散范围并保护事件身份。我们批判性地评估了分子和抑制性门控、树突分支特异性可塑性、表征漂移、星形胶质细胞-神经元相互作用、海马索引和额叶控制等方面的证据。我们使用"记忆痕迹关联网络"(Memory Engram Association Network)一词来描述编码和巩固过程中链接但可区分的痕迹的组织方式。贯穿全文,我们将已确立的机制与新兴证据和明确假设区分开来,并将每个分析层面与包括关联、辨别、泛化、推理和干扰在内的行为结果相关联。尽管此处回顾的大部分主要证据来自海马和杏仁核依赖的啮齿类动物任务,但我们将门控原理本身视为记忆编码的普遍属性,而非海马特异性规则——这些属性在并行记忆系统中普遍运作——并以来自新皮层和节肢动物实验的非海马证据加以明确支持(2.1.1 CREB:pCREB降低放电阈值,开启6小时的准入窗口;3.3 互补学习系统与未解问题)。
在操作性定义上,记忆痕迹关联网络(MEAN),本文首次提出,是一个框架而非一个标签。它包含四个相互作用的调控模块:(i)时间门控——分子(CREB/CCR5)和环路水平(抑制性)机制,决定神经元何时被共同分配;(ii)空间门控——树突区室化和星形胶质细胞相关微结构域,决定可塑性在何处扩散;(iii)群体去相关——表征漂移逐步区分重复经验;(iv)评估性门控——海马索引、内容选择性重放和额叶控制,决定两个痕迹是被整合还是保持分离。这一构念的定义既取决于它所包含的内容,也取决于它所排除的内容:那些改变记忆强度但未改变关联与辨别平衡的机制——例如诱导所需的NMDA受体要求,或长时程增强(LTP)幅度本身——不属于该网络的范围。该构念在现有术语之外所增加的是协调性:行为结果由模块间的相互作用预测,而非由任何单一模块决定。构念本身(而非其组成部分)衍生出一个预测——双重分离。延长时间门控(例如Ccr5敲低或拮抗,这延长了记忆关联的窗口;Shen et al., 2022)应改善时间上相邻但内容相似性低的事件的前瞻性关联,而破坏评估性门控(例如vmPFC沉默;de Sousa et al., 2026)则应选择性地改变时间上遥远但内容相似的事件的回溯性关联,两种情况下窗口内的分配均保持完整(第4节)。