時(shí)間：2018-09-13 熱度：

日常生活中，聯(lián)合學(xué)習(xí)無處不在，其本質(zhì)就是感覺刺激與負(fù)面的（如危險(xiǎn)、懲罰）或獎(jiǎng)勵(lì)的行為聯(lián)合形成的記憶，其中最典型的例子就是“一朝被蛇咬，十年怕井繩”，這些學(xué)習(xí)模式能夠決定九游會(huì)j9的行為選擇。

然而，實(shí)際上，除了上述直接的聯(lián)合學(xué)習(xí)，介導(dǎo)學(xué)習(xí)（Mediated learning）更多地決定九游會(huì)j9的行為反應(yīng)。介導(dǎo)學(xué)習(xí)是一類將不夠明顯的感覺信息與之前的聯(lián)合記憶耦聯(lián)在一起的學(xué)習(xí)范式。這是一種經(jīng)驗(yàn)上的積累，依賴于發(fā)生聯(lián)合學(xué)習(xí)時(shí)環(huán)境中的弱刺激，能夠?qū)ξ磥淼纳罱?jīng)驗(yàn)和聯(lián)想帶來提示。

例如，經(jīng)典的巴甫洛夫條件反射實(shí)驗(yàn)中，狗聽到鈴聲與肉形成的就是聯(lián)合學(xué)習(xí)，而發(fā)生鈴聲的環(huán)境中、其他的感覺刺激，如鈴鐺的顏色、天氣情況等則可能形成介導(dǎo)學(xué)習(xí)。

目前，人們對(duì)聯(lián)合學(xué)習(xí)的生物學(xué)機(jī)制關(guān)注密切，但是對(duì)介導(dǎo)學(xué)習(xí)的神經(jīng)機(jī)制知之甚少。

2018年8月30日，波爾多大學(xué)Guillaume Ferreira研究組利用感覺預(yù)條件刺激范式（Sensory precondition test）[1]，系統(tǒng)研究介導(dǎo)學(xué)習(xí)與海馬GABA能神經(jīng)元大麻素I受體（Type 1 cannabinoid receptors, CB₁R）的重要關(guān)系，他們的成果發(fā)表在《Neuron》雜志上[2]。             

大麻素，從印度大麻里提取的一組萜酚類化合物，廣泛存在于動(dòng)物神經(jīng)和免疫系統(tǒng)里。CB₁R則主要存在于基底神經(jīng)節(jié)和邊緣系統(tǒng)。此前，上？萍即笱Ы馕齔鋈嗽創(chuàng)舐樗厥芴迦附峁，并將成果發(fā)表在《細(xì)胞》(Cell)雜志上[3]，這有利于九游會(huì)j9更好的利用大麻素受體的作用機(jī)制為人類造福。

大麻素受體

結(jié)果

Part.1  CB₁R是介導(dǎo)學(xué)習(xí)的必要因素

通過感覺預(yù)條件刺激實(shí)驗(yàn)（圖1A）,作者觀察到野生型小鼠經(jīng)CS （條件刺激）或mCS （介導(dǎo)性條件刺激）均消耗較低的味道或氣味量，這表明野生型小鼠已形成明顯的介導(dǎo)性厭惡學(xué)習(xí)和直接厭惡學(xué)習(xí)。有趣的是，CB₁R敲除小鼠（CB₁R-KO）經(jīng)CS 表現(xiàn)出直接學(xué)習(xí)能力，但mCS 作用不明顯（圖1B-E），這表明CB₁R是介導(dǎo)學(xué)習(xí)的必要因素。

 圖1 CB₁R是介導(dǎo)學(xué)習(xí)的必要因素

Part.2 預(yù)條件刺激處理階段激活CB₁R是介導(dǎo)學(xué)習(xí)的必要條件

CB₁R-KO鼠長期缺失CB₁R，為排除其帶來的慢性影響，作者在預(yù)條件刺激前使用Rimonabant（CB₁R拮抗劑，圖2A）阻斷CB₁R的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該操作導(dǎo)致介導(dǎo)學(xué)習(xí)受損，但對(duì)直接厭惡學(xué)習(xí)無影響（圖2B-E）。

此外，在測試前使用Rimonabant對(duì)氣味或味道厭惡沒有影響（圖2F-G），這表明CB₁R激活是此類聯(lián)想型的記憶形成所必需的。接下來，作者進(jìn)一步探究CB₁R激活在其他感覺刺激（視覺和聽覺）以及非條件刺激（食物獎(jiǎng)勵(lì)）是否發(fā)揮同樣的作用（圖2H），結(jié)果與上述一致（圖2I-J），提示介導(dǎo)學(xué)習(xí)依賴于CB₁R在聯(lián)想記憶形成過程中的激活，且不局限特定的感覺刺激或非條件刺激。

圖2 在預(yù)條件刺激階段激活CB₁R是介導(dǎo)學(xué)習(xí)的必要條件

Part.3  海馬CB₁R是介導(dǎo)學(xué)習(xí)過程中的關(guān)鍵因素

海馬是學(xué)習(xí)記憶形成的核心腦區(qū)，因此作者向CB₁R-flox小鼠海馬區(qū)注射含Cre重組酶和GFP蛋白的AAV病毒載體（圖3A），定點(diǎn)敲除海馬區(qū)神經(jīng)元的CB₁R蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該小鼠介導(dǎo)性厭惡學(xué)習(xí)顯著受損（圖3B-C）。接下來，作者利用病毒載體在CB₁R-KO小鼠海馬體中重新表達(dá)CB₁R（圖3D）進(jìn)行恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠的介導(dǎo)學(xué)習(xí)能力恢復(fù)（圖3E），這進(jìn)一步驗(yàn)證了海馬CB₁R與介導(dǎo)性學(xué)習(xí)的密切關(guān)系。

圖3 海馬CB₁R活動(dòng)是介導(dǎo)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素

Part.4  GABA能神經(jīng)元上CB₁R與介導(dǎo)學(xué)習(xí)密切相關(guān)

海馬中大部分的CB₁R存在于GABA能神經(jīng)元上，因此，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，作者在前腦GABA能神經(jīng)元CB₁R缺失的突變小鼠（Dlx5/6-CB₁R-KO小鼠）進(jìn)行測試，并發(fā)現(xiàn)了與上述結(jié)果一致的現(xiàn)象（圖4A-D）。此外，小鼠前腦GABA能神經(jīng)元表達(dá)CB₁R（GABA-CB₁R-RS小鼠）后發(fā)現(xiàn)其具有正常的氣味或味道介導(dǎo)性厭惡，同時(shí)直接厭惡學(xué)習(xí)沒有影響（圖4E-H）。這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步提示GABA能神經(jīng)元CB₁R與氣味-味道刺激介導(dǎo)的學(xué)習(xí)密切相關(guān)。

圖4 GABA能神經(jīng)元上CB₁R與介導(dǎo)學(xué)習(xí)密切相關(guān)

Part.5 海馬神經(jīng)元CB₁R受預(yù)條件刺激影響

接下來，作者探索上述行為的海馬神經(jīng)機(jī)制（比如蛋白合成、突觸可塑性）。

作者發(fā)現(xiàn)氣味-味道的配對(duì)可以顯著增加海馬中CB₁R的表達(dá)（圖5A）。感覺預(yù)條件刺激可以增強(qiáng)野生型小鼠海馬神經(jīng)元LTP，但GABA-CB₁R-KO小鼠則無此現(xiàn)象（圖5B-C）。接下來，他們發(fā)現(xiàn)兩種高頻刺激可以誘導(dǎo)對(duì)照小鼠中71%錐體細(xì)胞的I-LTD（長時(shí)程抑制效應(yīng)，圖5D-E）。進(jìn)一步表明氣味-味道配對(duì)可以增加CB₁R蛋白合成、CREB磷酸化、LTP以及海馬區(qū)內(nèi)源性大麻素依賴的I-LTD。

鑒于CREB磷酸化和LTP同樣可以受到低閾值感覺刺激（氣味或味道）的影響，CB₁R表達(dá)的增強(qiáng)和I-LTD的增加與感覺預(yù)條件刺激密切相關(guān)，這提示它們參與介導(dǎo)學(xué)習(xí)。

圖5 海馬中的CB₁R受感覺預(yù)條件刺激的影響

Part.6 特異性海馬GABA能中間神經(jīng)元調(diào)控偶然聯(lián)想的形成

最后，作者運(yùn)用化學(xué)遺傳技術(shù)（圖6A），將含DIO-hM4Di元件的AAV病毒載體注入到GABA-CB₁R-KO小鼠的海馬區(qū)，使其在海馬GABA能神經(jīng)元上特異性表達(dá)DREADD-Gi。通過CNO抑制GABA能神經(jīng)元，作者發(fā)現(xiàn)在上述記憶形成的過程中，過量的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)可能是導(dǎo)致介導(dǎo)學(xué)習(xí)受損的原因（圖6B）。進(jìn)一步，通過共定位，作者發(fā)現(xiàn)海馬PV陰性GABA能中間神經(jīng)元參與弱感覺刺激之間的聯(lián)合，最終促成介導(dǎo)學(xué)習(xí)和記憶的形成（圖6D）。

圖6 特異性海馬GABA能中間神經(jīng)元調(diào)控偶然聯(lián)想的形成

結(jié)果

在人們的日常生活中，那些不太受九游會(huì)j9關(guān)注的弱感覺刺激往往不受重視，但很多時(shí)候，這些弱刺激會(huì)促進(jìn)九游會(huì)j9聯(lián)想，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)海馬GABA能神經(jīng)元CB₁R參與此類學(xué)習(xí)。重要的是，這種介導(dǎo)型學(xué)習(xí)狀態(tài)的異常被發(fā)現(xiàn)存在于一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病，這意味著，通過CB₁R特異性調(diào)控海馬抑制性遞質(zhì)傳導(dǎo)可能可以作為某些認(rèn)知功能障礙的潛在靶點(diǎn)。

此外，文中使用Flox鼠或Cre鼠配合AAV病毒載體實(shí)現(xiàn)特定腦區(qū)的基因敲除或基因表達(dá)，此類策略是目前神經(jīng)科學(xué)常用的技術(shù)手段，值得推廣關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

[1] Busquetsgarcia A, Soriagómez E, Ferreira G, et al. Representation-mediated Aversion as a Model to Study Psychotic-like States in Mice.[J]. Bio Protoc, 2017, 18(10):2044.

[2] Busquets-Garcia et al. Hippocampal CB1 Receptors Control Incidental Associations.[J]. 2018, Neuron 99, 1–13.

[3] Hua T, Vemuri K, Pu M, et al. Crystal Structure of the Human Cannabinoid Receptor CB1.[J]. Cell, 2016, 167(3):750-762.e14. 

[4] Robinson S, Todd T P, Pasternak A R, et al. Chemogenetic silencing of neurons in retrosplenial cortex disrupts sensory preconditioning[J]. Journal of Neuroscience the Official Journal of the Society for Neuroscience, 2014, 34(33):10982-8.