Neuron：记忆编码的跨脑区协调新机制
记忆存储在多个大脑区域的稀疏神经元群体中，最近的研究表明，参与记忆编码（有时称为记忆印记细胞）的神经元在不同区域中比非记忆编码神经元具有更强的连接性。然而，这些区域间联系在学习时是如何协调的，以确保所有记忆神经元集群形成一个连贯的通路，在记忆提取过程中可以容易地激活，这仍然是未知的。此外，由于记忆依赖于多个大脑区域的神经元集合，这也提出了神经元募集是跨区域协调还是独立的问题。
近日，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校Alcino J. Silva教授研究团队在Neuron上发表研究，采用将CREB介导的记忆分配与跨突触逆行追踪相结合的方式，证明了小鼠中一个脑区一组神经元上厌恶记忆的编码会直接影响上游脑区中相互连接的神经元上记忆的编码，并以行为特异性和脑区特异性的方式进行。
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CTA期间BLA中的记忆分配
专门招募IC中的突触前神经元
在CTA（条件味觉厌恶）期间，BLA（基底外侧杏仁核）和IC（岛叶皮层）之间的时间精确协调对于形成长期厌恶记忆是必要的。为了研究记忆神经元集群之间跨区域协调的可能性，研究团队开发了一种新的方法，将记忆分配给一个大脑区域中的特定神经元（例如，在CTA期间），并在另一个脑区域中识别它们的突触前伴侣，该方法被称为记忆集群的跨区域传入网络（CRANEs），将vCREB（病毒载体介导CREB的表达）与狂犬病G蛋白（RG-CREB）和TVA受体表达整合，以允许从vCREB神经元中识别全脑突触前神经元[Fig.1A]。
在BLA中使用CRANE系统，识别到在记忆提取过程中活跃的IC狂犬病毒阳性神经元[Fig.1B]。
另外，对AFC（条件听觉恐惧）记忆提取过程中狂犬病毒阳性IC神经元激活的分析发现RG-CREB和RG-CFP组之间没有差异[Fig.1F]，这一差异强调了大脑区域之间连接的经验依赖性变化。
Figure 1 CTA期间BLA中的记忆分配特异性招募IC中的突触前神经元
突触前记忆集群的招募
是区域特异性和任务特异性的
在记忆编码过程中突触前神经元的募集并不是BLA特有的，这可能是跨不同脑区运作的一般机制。研究人员在AFC期间对BLA使用了CRANE[Fig.2C]，结果表明，逆行机制在协调其他类型记忆在大脑区域的记忆分配中也发挥了作用，表明其在招募大脑区域记忆分配方面具有普遍作用。
Figure 2 突触前记忆集群的募集是双向的，在皮层和亚皮层区域之间具有任务特异性
跨脑区记忆集群的招募
取代了区域特定的分配机制
上述结果表明除了在大脑区域内发挥局部作用的分配机制外，还存在跨脑区运行的逆行机制，以控制突触前神经元向记忆集群的募集。研究人员在BLA中使用了CRANE系统，并在IC中表达了vCREB[Fig.3A]，以验证这两个过程在CTA中是否相互支持或干扰。
结果发现，投射到BLA RG-CREB神经元的CREB阳性IC神经元在记忆提取期间被重新激活的可能性是相邻vCREB阳性神经元的2.5倍，是相邻vCREB阴性神经元的4倍[Fig.3B]。这表明跨脑区的突触前神经元逆行募集机制取代了局部记忆的分配机制。
Figure 3 BLA和IC中CREB的表达通过增强BLA和IC-记忆神经元之间的连接来提高CTA记忆
统计模型支持逆行机制在
协调大脑区域记忆集群募集中的作用
最后，研究人员使用了四种不同可能性的统计模型，以解释逆行机制在协调不同脑区记忆集群的募集中起着关键作用。使用从文献中获得的数据来生成模型预测，发现在顺行模型、随机共激活模型、混合模型和逆行模型中，只有逆行模型最好地解释了实验结果[Fig.4]。
Figure 4 记忆分配跨区域协调的逆行模型
结 论
在这里，证明了编码给定记忆神经元的招募是跨大脑区域协调进行的。使用CRANE系统标记和追踪大脑中记忆网络的连通性，发现一个脑区中的记忆分配直接招募其他脑区中的突触前伴侣来参与记忆提取。说明存在一种通用的逆行机制，以特定任务的方式协调不同脑区的记忆形成。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.11.018
参考文献
Bogdan R, Hatoum AS, Johnson EC, Agrawal A. The Genetically Informed Neurobiology of Addiction (GINA) model. Nat Rev Neurosci. 2023 Jan;24(1):40-57. doi: 10.1038/s41583-022-00656-8. Epub 2022 Nov 29. PMID: 36446900.
编译作者：Young（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）