Nat Commun | 上科大管吉松組發(fā)現(xiàn)海馬體對記憶存儲的重要索引機制
“這不僅僅是海馬和皮層在認(rèn)知功能認(rèn)識上新的突破，而且會對相關(guān)的疾病和腦機接口研究有重要的指導(dǎo)意義。”本文第一作者羅文翰介紹，本研究首次提出一種新的認(rèn)知機制：海馬通過內(nèi)嗅皮層誘導(dǎo)廣泛皮層伽馬同步來支持記憶寫入和提取。
臨床意義上來說，阿爾茲海默癥萎縮腦區(qū)首先就是從海馬-內(nèi)嗅皮層開始的，并且展現(xiàn)出空間感知和記憶能力的下降。因此該研究也可指導(dǎo)新型電刺激療法的開發(fā)：后續(xù)刺激療法可以關(guān)注人類的內(nèi)嗅皮層及附近區(qū)域，嘗試伽馬頻段的深部腦刺激，有望為阿爾茲海默癥病人的治療帶來曙光。
同時，本研究也證明了獨特的伽馬波段的腦電同步和認(rèn)知高度相關(guān)，多腦區(qū)的伽馬頻段同步數(shù)據(jù)不僅包含多腦區(qū)相關(guān)性信息，也大大豐富了腦機接口的輸入數(shù)據(jù)（BMI, Brain mechine interface），因此也會有利于人類腦電信號的解讀（decoding）和相關(guān)腦機接口的新設(shè)計。
結(jié)果
在記憶過程中小鼠的腦電波同步
海馬和外側(cè)內(nèi)嗅皮層誘導(dǎo)腦電波同步
圖2 在海馬損傷小鼠中，海馬依賴的遠(yuǎn)程皮層gamma相位同步由L5 LEC調(diào)控并以iSOS機制重建
人為誘導(dǎo)皮層同步幫助海馬損傷小鼠形成新記憶
為探究LEC介導(dǎo)的新皮層gamma相位同步對海馬介導(dǎo)的情境性恐懼記憶的重要作用，研究人員通過小鼠顱窗給予470nm LED光照刺激同時激活LEC到皮層各目標(biāo)腦區(qū)（人為誘導(dǎo)iSOS）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)表明，iSOS治療恢復(fù)了海馬損傷小鼠長期情境性恐懼記憶的編碼和存儲（圖3a-d）。
此外，在空間記憶任務(wù)中，iSOS治療能夠幫助海馬損傷小鼠形成并檢索隱藏食物的空間信息（圖3f-g）。這些行為學(xué)結(jié)果提示了，iSOS治療和LEC軸突介導(dǎo)的遠(yuǎn)程gamma相位同步能夠協(xié)調(diào)在小鼠新皮層中存儲情境性記憶和空間記憶信息，從而成功地完成記憶提取。
圖3 iSOS治療可以改善海馬損傷小鼠的記憶缺陷
隨后，作者探究了是大腦皮層腦電波同步，還是LEC軸突末端的激活，參與了海馬依賴的皮層記憶儲存。研究人員對兩組海馬損傷小鼠進行連續(xù)訓(xùn)練，要么給予iSOS治療，要么借助光遺傳學(xué)技術(shù)非同步地激活LEC-MO和LEC-VIS的軸突末端（圖4a）。結(jié)果顯示與非同步激活LEC軸突末端處理相比，經(jīng)iSOS治療的海馬損傷小鼠表現(xiàn)出更優(yōu)的學(xué)習(xí)能力和記憶能力（圖4b-f）。提示了遠(yuǎn)程皮層腦電波同步才是空間記憶存儲的關(guān)鍵。
圖4 iSOS治療改善海馬損傷小鼠的空間記憶缺陷
記憶細(xì)胞的活動與腦電波同步具有高度的相關(guān)性
接下來，作者還研究了記憶細(xì)胞的活動與腦電波同步的相關(guān)性。研究人員在空間記憶任務(wù)中設(shè)置了預(yù)探索階段(pre-exploring)，結(jié)果顯示，該研究還發(fā)現(xiàn)記憶細(xì)胞的活動與腦電波同步具有高度的相關(guān)性，暗示同步可同時激活多腦區(qū)的記憶細(xì)胞從而幫助大腦喚起整個記憶網(wǎng)絡(luò)。有意思的是，研究還發(fā)現(xiàn)這些記憶細(xì)胞編碼小鼠自我為中心的空間信息，例如某個神經(jīng)元群總是在某個物體位于小鼠身體的左側(cè)時發(fā)放（圖5）。
圖5 大腦皮層記憶細(xì)胞的活動與腦電波同步高度相關(guān)性，并在記憶重提過程中表現(xiàn)出自我為中心的編碼
最后，研究人員借助化學(xué)遺傳技術(shù)驗證LEC介導(dǎo)記憶重現(xiàn)過程中的必要性。研究人員在c-Fos-CreER小鼠LEC區(qū)注射AAV-hSyn-hM4D(Gi)-mCherry，CNO抑制LEC活動，發(fā)現(xiàn)小鼠表現(xiàn)出記憶缺陷（圖6a-c）。同時，LEC活動受到抑制導(dǎo)致預(yù)探索階段標(biāo)記記憶印跡神經(jīng)元的再激活減少，也降低了“記憶提取”測試中在預(yù)探索階段標(biāo)記的皮層記憶神經(jīng)元的活動頻率，消除了記憶印跡細(xì)胞的活動與遠(yuǎn)程gamma相位同步的相關(guān)性（圖6d-i），提示了海馬-外側(cè)內(nèi)嗅皮層通過gamma同步幫助皮層記憶形成與提取。記憶編碼的每個皮質(zhì)區(qū)域的部分上下文信息通過gamma同步進行整合，從而形成完整的記憶表征。
圖6 LEC介導(dǎo)的腦電波同步對于大腦皮層記憶細(xì)胞的再激活和記憶恢復(fù)至關(guān)重要
結(jié)論
本文借助轉(zhuǎn)基因模型鼠、空間記憶任務(wù)等行為學(xué)范式、病毒載體示蹤技術(shù)、光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)等多種技術(shù)手段，研究發(fā)現(xiàn)，在記憶過程中小鼠不同腦區(qū)的腦電波變得同步。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)了海馬體實現(xiàn)記憶寫入的重要機制：這種腦電波同步其實是海馬和外側(cè)內(nèi)嗅皮層誘導(dǎo)的，實現(xiàn)皮層各腦區(qū)之間的相互通訊，從而促進記憶大腦網(wǎng)絡(luò)形成。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)記憶細(xì)胞的活動與腦電波同步具有高度的相關(guān)性，暗示同步可同時激活多腦區(qū)的記憶細(xì)胞從而幫助大腦喚起整個記憶網(wǎng)絡(luò)。最后，研究發(fā)現(xiàn)人為誘導(dǎo)皮層同步即可幫助海馬破壞的小鼠形成新記憶。
研究挑戰(zhàn)了長期以來對海馬體短期存儲記憶信息的主流猜想，支持了海馬提供了記憶索引（indexing）信息，幫助皮層記憶網(wǎng)絡(luò)進行有效記憶存儲與提取的重要機制。該研究印證了人類腦電波研究和多項理論研究推測，即腦電波同步可能對學(xué)習(xí)記憶有促進作用，由于人體實驗的限制性，該推測此前沒有確切的實驗數(shù)據(jù)支持和具體的機制，該研究給出十分詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持腦電波同步在學(xué)習(xí)記憶中的作用。同時，也為阿爾茲海默癥病人（海馬體萎縮，記憶力下降）提供治療的可能性。
上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院管吉松教授為本文的通訊作者，上科大博士后羅文翰、韻迪為本文的共同第一作者。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-29208-5#Sec35
未來，九游會j9將以“元載體·GENEDELIVERY”的全新形象為大家提供精準(zhǔn)、高效、多元、快速、可靠的病毒載體產(chǎn)品，讓九游會j9的“元”載體為你創(chuàng)造無限的可能和未來！
在看不見的地方努力
在看得見的地方收獲
別人只追求滴度的時候，九游會j9還追求更有效；
別人只追求純度的時候，九游會j9還追求更安全；
別人只追求承諾的時候，九游會j9還追求更真實；
別人只追求周期的時候，九游會j9還追求更穩(wěn)定；
業(yè)務(wù)咨詢
掃一掃，反饋當(dāng)前頁面
7*12在線客服，服務(wù)咨詢
傾耳聆聽，一個工作日內(nèi)及時處理
15800353038
九游會j9生物
