Cell重磅：记忆研究的突破进展！在诺奖成果基础上，用“全光学”组合来“操纵记忆”
这项发表在《细胞》杂志上的研究，解释了研究人员如何利用双光子钙成像和双光子光遗传学的“全光学”组合，同时读写小鼠“位置细胞”（神经元的一种）中的活动，而这种细胞可以在虚拟现实环境中进行导航。
值得注意的是，通过刺激位置细胞，科学家们能够重新激活（或找回）小鼠获得奖励的相关位置记忆，进而对小鼠进行“心理传输”，使小鼠行为同身处奖励位置时的行为保持一致。
这项新研究的基础是约翰·奥基夫教授（伦敦大学学院，UCL）所取得的突破性进展，而约翰·奥基夫教授在2014年因发现位置细胞而获得诺贝尔生物学奖。这些细胞存在海马体中，只有当动物进入环境中的特定位置时，这些细胞才会变得活跃。
人们将位置细胞视为环境的认知地图，这就像一个内在的GPS定位系统，同时其能够保留位置记忆。伦敦大学学院（UCL）的这项新研究，首次直接表明位置细胞活动是构成大脑导航能力的基础。
关于记忆是如何储存的，这些结果使我们有了更深入的了解，伦敦大学学院的科学家们认为，这些发现最终可以帮助我们发展新疗法，以治疗影响记忆的痴呆症和阿尔茨海默氏症等疾病。
第一作者尼克·罗宾森博士（伦敦大学学院Wolfson生物医学研究所）说：“这些结果提供了直接的因果证据，可证明小鼠利用位置细胞活动所代表的信息来指导它们的行为。换句话说，位置细胞确实告诉了小鼠它在哪里，而小鼠在做决定时，实际上是‘听取’位置细胞的信息。关于记忆是如何存储在大脑中的，这一发现为我们提供了新的观点，同时还提供了操纵这些记忆来影响行为的新工具。”
他补充说道：“记忆障碍，比如痴呆症和阿尔茨海默氏症中所存在的记忆障碍，代表社会需要付出巨大成本。这项研究最终可能会使人们更好地了解这些疾病，同时也能产生治疗干预的新目标。”
主要作者迈克尔·豪斯教授（伦敦大学学院Wolfson生物医学研究所）说：“这项研究改变了游戏规则，因为它表明我们可以利用光学读写特定神经元的活动来操纵记忆，从而使我们能够更好地理解，并有可能改善神经回路活动如何帮助我们做出决策这一过程。”
实验研究解释的内容
伦敦大学学院Wolfson生物医学研究所的研究人员利用了一种非常有效的方法，该方法结合了两种革命性的技术，即利用光来读写大脑中的电活动。
首先，他们将神经元巧妙设计成已标记基因编码的钙传感器，这使得细胞在活动时能够发光。其次，他们在这些神经元中标记了对光敏感的“光遗传”蛋白，使它们能够用激光束激活特定的细胞，并使用数字全息技术来进行定位。
通过将这两种技术结合起来，对于在虚拟现实中进行导航的老鼠来说，该团队既可以记录也可以操纵其大脑中同一神经元的活动。
伦敦大学学院的科学家们利用这种方法，对小鼠导航到虚拟世界内特定位置领取糖水奖励的海马中的位置细胞进行定向激活。他们首先使用光学方法记录了大量海马位置细胞的活动，确定了那些在奖励位置特定活跃的细胞，从而形成该位置的记忆基础。然后，他们在虚拟世界的不同位置，使用全息定向激光束来激活这些特定位置细胞。
值得注意的是，对位置细胞进行刺激完全可以找回关于奖励位置的记忆，从而促使小鼠在新位置寻找奖励。换句话说，用光刺激神经元使动物实现“心理传输”，就能使它们的行为同在奖励位置的行为保持一样。这一发现首次证明了，位置细胞的激活是如何使我们检索环境记忆并帮助我们进行导航。
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参考文献：
Robinson et al,Targeted Activation of Hippocampal Place Cells Drives Memory-Guided Spatial Behavior. Cell 2020. DOI: 10.1016/j.cell.2020.09.061
作者信息
编译作者：里尔（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
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