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NB:清华李乾团队揭示果蝇惩罚性嗅觉长期记忆间的排斥与共表达

brainnews 2023-04-13

The following article is from 神经小灵通 Author 神经科学通报

Neuroscience Bulletin ·


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果蝇惩罚性嗅觉长期记忆间的排斥与共表达

Exclusion and Co-expression of Aversive Olfactory Long-Term Memories in Drosophila

赵博涵1,2,3,张煦晨1,2,4,李乾1,2

1清华大学生命科学学院,清华-IDG/麦戈文脑科学研究院,北京100084,中国

2清华-北大生命科学联合中心,北京100084,中国

3现地址:牛津大学神经环路与行为中心,牛津OX1 3SR,英国

4现地址:斯坦福大学分子与细胞生理学系,霍华德休斯医学中心,斯坦福CA 94305,美国

第一作者:赵博涵,张煦晨

通讯作者:李乾

 

为了能够在充满危险的自然环境中生存,动物需要依赖长期记忆(long-term memory, LTM)来有效逃避曾经经历过的伤害。果蝇惩罚性嗅觉长期记忆从1994年起一直是研究生物长期记忆机理的常用样例 【1】。这种长期记忆可以维持一周以上,但是很难形成,需要多次重复学习,并且学习之间还要有15分钟的时间间隔,可以被称为间隔训练诱导的长期记忆(spaced training-induced LTM,spLTM)。近些年,研究者连续发现了两种易于形成的、同样可以维持一周以上的长期记忆,打破了惩罚性嗅觉长期记忆难以形成的印象。然而,新发现的两种长期记忆与广泛研究的spLTM的相互关系并不清楚。本文中,研究人员使用行为学、温度遗传学、药理学以及物理刺激等手段对三种长期记忆之间的关系进行了系统的剖析,得到结论如图1所示。

图1 三种长期记忆之间的相互关系示意图


经典的果蝇惩罚性嗅觉学习将约100只果蝇先后暴露于两种气味,其中第一个气味伴随着电击作为惩罚(CS+),而另一个气味不伴随电击(CS−)。记忆的强度指数可以通过计算果蝇在两个气味之间选择后的分布情况来获得。近期的研究表明,多次重复间隔学习后,spLTM会导致果蝇对CS+气味长期逃避和对CS−气味长期趋近 【2】。

新近发现的第一种长期记忆叫做情境依赖的长期记忆(context-dependent LTM,cLTM)。这种cLTM只有当周围的情境与学习时完全一致(例如环境触感、光线、温度等)时才能够表现出来【3】。由于经典的惩罚性嗅觉记忆测试时的情境与学习时差异较大,所以cLTM直到2019年才被揭示出来。本研究发现,虽然cLTM与spLTM在提取时依赖的神经环路完全不同,但它们依然不能共同表现出来。如果抑制spLTM的形成,多次重复间隔学习后cLTM就可以正常表现出来,提示spLTM的产生阻碍了cLTM的表达。

另一种新发现的长期记忆是融合的长期记忆(merged LTM,mLTM),它将整个学习事件融合编码成为一个整体的负面记忆而不对两种气味进行区分【4】。在mLTM的作用下,果蝇会同时对CS+气味和CS−气味进行逃避。因此,只有将CS+气味或CS−气味与其他气味进行比较时,才能够使mLTM表现出来。mLTM与spLTM依赖相似的神经环路,它们之间是否有转化关系还不清楚。与spLTM显著不同的是,mLTM可以和cLTM共同表达。

综上所述,spLTM与cLTM的表达存在相互排斥的关系,提示多次重复且有间隔的学习可能会抑制情境对记忆提取的影响;在单次学习后,cLTM与mLTM能够共同协作指导行为,可能更加有利于动物的“随机应变”

 

关键词:果蝇;长期记忆;记忆提取;情境依赖记忆;融合记忆;嗅觉记忆

 参考文献

1. Jacob PF, Waddell S. Spaced training forms complementary long-term memories of opposite valence in Drosophila. Neuron 2020, 106: 977–991.e4.
2. Tully T, Preat T, Boynton SC, Vecchio MD. Genetic dissection of consolidated memory in Drosophila. Cell 1994, 79: 35–47.
3. Zhao BH, Sun JM, Zhang XC, Mo H, Niu YJ, Li Q, et al. Long-term memory is formed immediately without the need for protein synthesis-dependent consolidation in Drosophila. Nat Commun 2019, 10: 4550.
4. Zhao BH, Sun JM, Li Q, Zhong Y. Differential conditioning produces merged long-term memory in Drosophila. eLife 2021, 10: e66499.
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-022-00830-z



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