文丨丁宁
记忆是由分布在大脑相关区域的一组特定神经元所支持的，称为记忆印记(engram)。尽管在标记和操控记忆印记方面取得了进展，但记忆印记是如何在记忆形成过程中产生的仍然不清楚。
在学习过程中，具有较高水平的 CREB 或细胞兴奋性的神经元会被优先用来储存记忆。因此，学习时的细胞活动水平被认为是决定哪些神经元被招募来编码记忆的关键因素。活动依赖的突触可塑性，如LTP或LTD，介导由学习引起的突触强度的持久变化，这被认为是记忆编码和存储的一种机制。因此，突触可塑性是记忆形成的关键。
在此背景下，来自韩国科学技术高等研究院(KAIST)生物科学系的研究人员于2021年6月24日在Nature Communications上发文，利用光遗传启动刺激，操纵与正常恐惧记忆无关的突触，使其通过学习而增强。在这种情况下，恐惧记忆优先编码在这群被激活的细胞中。研究表明，突触可塑性依赖的竞争规则是记忆形成的基础。
内 容
为了探究输入活动的特定模式和记忆分配之间的关系，作者针对听觉皮层AuV/TeA和丘脑MGm/PIN中一些稀疏的神经元做了研究。从这些神经元到外侧杏仁核(LA)的突触输入并没有因恐惧条件反射而增强。利用光遗传提前激活这些神经元，然后再进行条件恐惧记忆训练。并在训练后记录这些神经元的fEPSP。作者发现在光遗传启动的的突触连接中，经过训练，产生LTP。
在这种条件下，作者猜测恐惧记忆优先编码在被激活的细胞群中。接下来，作者探讨了在操纵输入时神经元对恐惧记忆的编码，首先确认了在这种启动条件下，恐惧记忆的形成是正常的。
对动物在学习后的一天进行EFP记录，先用光遗传激活神经元后，随后进行条件恐惧（FC）记忆训练。与之前一样，在光-FC条件下诱导LTP，而在对照组FC中无法诱导LTP。与基线水平相比，光-FC组的动物对输入的光刺激表现出显著的恐惧冻结行为，但对照组没有。说明在这种条件下，恐惧记忆被编码在AuV、MGm向LA投射的神经元中。
为了确定在目标听觉突触上的记忆编码，作者研究了恐惧记忆的提取是否依赖于这些突触。为此，在记忆提取过程中通过光遗传抑制了这些突触。
在ON-OFF条件下，给声音刺激两分钟，在前1分钟里给黄光沉默突触活动，在接下来1分钟不给光。在OFF-OFF条件下，在整个2分钟的测试过程中，只有声音。与OFF-OFF对照组相比，在ON-OFF组中，沉默输入神经元可显著减少对声音诱发的恐惧回忆。
接下来作者研究了LTD或LTP对恐惧记忆形成的影响。在训练24小时后将诱发LTD的光照射primed突触。LTD组的动物在LTD后14天内显示出恐惧冻结行为显著的降低。
因为作者的目的是探讨可塑性相关活动在记忆形成过程中对记忆印记构建的作用，所以在训练后不久(~5分钟)立即诱发LTD。有趣的是，在这种情况下，没有发现对记忆提取的显著影响，这表明在这种情况下，恐惧记忆的形成是完整的。
与之前一样，在训练后24小时诱发LTD的动物表现出记忆受损。然而，在训练后不久诱发LTD组动物的记忆不受影响。这表明在primed突触上的恐惧记忆编码被消除了，因为在训练后不久LTD抑制了神经元的活动。
作者认为，如果编码在训练后不久尚未建立， LTD影响编码过程，导致记忆储存位置的改变。
在FC训练后不久(~5分钟)诱发LTP。在LTP后继续接受LTD的动物的恐惧记忆严重受损。
仅在条件恐惧记忆训练后不久的LTP就足以诱发优先记忆编码。这些结果表明，在训练后不久，恐惧记忆优先编码在诱发LTP的细胞群中。
结 论
本项研究结果表明：在学习的时候，分配到engram的神经元并不确定，但在可能成为engram的神经元之间存在一个依赖突触活动的编码竞争过程。通过这个过程，被选择成为engram神经元的连接可能保持加强，而没被选择的神经元的连接最终被削弱。令人吃惊的是记忆分配到编码的位置，甚至可以在学习后被修改。因此，记忆形成的可塑性依赖竞争规则可以提供一种选择性信息存储的方法，并允许不同事件之间的动态交互作用进行记忆编码。
END
复旦大学脑科学转化研究院
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