記憶的「ID」藏在哪？Science：突觸可塑性對記憶儲存很重要

記憶是通過突觸效能的長期變化而形成的，這一過程被稱為突觸可塑性，並被儲存在大腦中被稱為 engram細胞的特定神經元群中，這些神經元群在相應的事件中被激活。近日，來自日本富山大學的研究人員發現了特定engram細胞組合之間的突觸可塑性對於信息儲存的重要作用。

Credit: National Institutes of Health

這項研究結果於6月15日以「Synapse-specific representation of the identity of overlapping memory engrams」為題發表在Science雜誌，Toyama大學的Kaoru Inokuchi博士為論文通訊作者。

當（人或動物的）兩個記憶相關聯時，對應每個記憶的細胞集合體就會重疊。但是，每個記憶又都有屬於它自己的標識。當兩個記憶相互作用並被編碼在共享集合中時，大腦如何存儲和定義一個特定的記憶身份是難以捉摸的。在最新這項研究中， Inokuchi博士及其研究小組表明，特定突觸的可塑性代表了特定的記憶實體，而特定的engram細胞組合之間的突觸可塑性對於信息存儲是至關重要的。

具體來說，研究人員將小鼠暴露在聽覺恐懼條件下，在這種條件下，音調與（小鼠）足部的震動有關這是因為聽覺皮層（auditory cortex，AC）與內側膝狀體（medial geniculate nucleus，MGm）神經元末端和外側杏仁核（lateral amygdala，LA）神經元之間的突觸可塑性介導了這種聯繫。

在將小鼠設計為完全逆行失憶後，研究人員發現，LA中AC和MGm激活的集合終端（ensemble terminals）的光遺傳刺激未能誘導（小鼠）對恐懼記憶的回憶，這表明記憶印記不再存在於該迴路中。研究人員認為，這一結果與重新設定突觸強度和engram細胞組合的功能連接有關。

Figure 1: Complete retrograde amnesia

Mice were exposed to auditory (7 kHz) fear conditioning. They received injection of phosphate buffered saline (PBS) or anisomycin or anisomycin+tat-beclin (Ani+tBC), after recalling the memory (test 1). PBS-treated mice showed higher freezing response while anisomycin-treated mice showed partial decrease in the freezing response (partial retrograde amnesia), whereas Ani+tBC induced complete retrograde amnesia (test 2). Optogenetic activation of the neurons, storing the 7kHz fear memory, induced freezing in the PBS and anisomycin groups, while the Ani+tBC group continued to show complete retrograde amnesia (test 3).

接下來，研究人員又將小鼠的恐懼調節為兩種不同的音調，音調之間間隔5小時。以使得兩個記憶軌跡在LA中相互作用並重疊。結果發現，給定恐懼記憶的完全逆行遺忘並不影響小鼠在共同合群中編碼的關聯的恐懼記憶，這表明記憶存儲在特定的突觸中。

最後，研究人員討論了每個記憶如何在共享集合中保留其獨立身份的問題。他們使用光學長期抑制（LTD）來降低特定記憶突觸的突觸效能。研究人員解釋道，特定於一個記憶的突觸可塑性的減弱，解構了engram組合之間的特定連接，從而隻影響該記憶的回憶，而不影響同一神經元群中的連接記憶。因此，共享engram細胞是記憶之間聯繫的基礎，而突觸特異性的可塑性則保證了個體記憶的同一性和儲存性。

Figure 2: Synaptic plasticity between engram assemblies is necessary for fear memory storage

Mice were exposed to two auditory fear conditioning, separated by 5 hours. Both memories were encoded by shared neurons in the lateral amygdala while they were encoded by different neurons in the auditory cortex. Mice showed freezing behavior in response to 7kHz and 2kHz tones.Induction of optical long term depotentiation (LTD) to synapses specific to 7kHz fear memory, erased only that memory (test 3) without affecting the other memory (test 4) that was stored in shared neuron ensemble.

總結來說，這項研究表明，突觸特異性可塑性對於聯想性恐懼記憶的儲存是必要和充分的，它保證了記憶痕迹的獨特性，倡導可塑性作為恐懼記憶印跡的基底；此外，研究團隊通過以突觸特定的方式重置可塑性，在不影響共享集合中存儲的其他記憶的情況下，實現了從engram細胞群中選擇性和完全擦除恐懼記憶。這有助於更好地理解記憶儲存的機制，並有助於洞察治療創傷後應激障礙的治療方法。

責編：浮蘇

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參考資料：1）Synapse-specific plasticity governs the identity of overlapping memory traces

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