研究人員在研究中發(fā)現(xiàn)并排列了幾十個(gè)以前未知的記憶相關(guān)區(qū)域，證明了當(dāng)多個(gè)記憶儲(chǔ)存區(qū)域被重新激活而不是只有一個(gè)區(qū)域時(shí)，記憶的回憶會(huì)變得更有行為力。

"當(dāng)談?wù)撚洃洿鎯?chǔ)時(shí)，我們通常都會(huì)談?wù)摵ｑR體或大腦皮層，"共同領(lǐng)導(dǎo)和共同通訊作者Dheeraj Roy說(shuō)。他開(kāi)始了這項(xiàng)研究，當(dāng)時(shí)他是Picower研究所理研-麻省理工學(xué)院神經(jīng)回路遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究生，該實(shí)驗(yàn)室由資深作者Susumu Tonegawa領(lǐng)導(dǎo)，他是Picower生物系和腦與認(rèn)知科學(xué)系的教授。"這項(xiàng)研究反映了對(duì)分布在整個(gè)大腦中的記憶編碼細(xì)胞或記憶'grams'的最全面描述，而不僅僅是在眾所周知的記憶區(qū)域。它基本上提供了第一個(gè)高概率engram區(qū)域的等級(jí)排序列表。這個(gè)列表應(yīng)該會(huì)帶來(lái)許多未來(lái)的研究領(lǐng)域，我們對(duì)這些研究感到興奮，無(wú)論是在我們的實(shí)驗(yàn)室還是其他小組。"

除了Dheeraj Roy（他現(xiàn)在是麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)Broad研究所的McGovern研究員，以及麻省理工學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授馮國(guó)平的實(shí)驗(yàn)室）之外，該研究的其他主要作者是Young-Gyun Park、Minyoung Kim、Ying Zhang和Sachie Ogawa。

繪制記憶圖譜

研究小組通過(guò)對(duì)小鼠的247個(gè)以上的大腦區(qū)域進(jìn)行無(wú)差別的分析，繪制出參與engram綜合體的區(qū)域，這些小鼠被從它們的家庭籠子帶到另一個(gè)籠子，在那里它們感受到一個(gè)小但令人難忘的電擊。在一組小鼠中，它們的神經(jīng)元被設(shè)計(jì)成在表達(dá)記憶編碼所需的基因時(shí)變成熒光。在另一組中，通過(guò)自然回憶電擊記憶激活的細(xì)胞（例如，當(dāng)小鼠回到電擊現(xiàn)場(chǎng)時(shí)）被熒光標(biāo)記代替。因此，在大腦被保存并使用一種名為SHIELD的技術(shù)進(jìn)行光學(xué)清洗后，通過(guò)記憶編碼或回憶而激活的細(xì)胞可以在顯微鏡下很容易看到，該技術(shù)由共同通訊作者、皮科爾研究所、醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所和化學(xué)工程系的副教授Kwanghun Chung開(kāi)發(fā)。通過(guò)使用計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)樣本中的熒光細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，研究小組制作了具有明顯的記憶編碼或回憶活動(dòng)的全腦地圖。

許多被發(fā)現(xiàn)可能參與編碼記憶的大腦區(qū)域（頂部）也被發(fā)現(xiàn)參與了重新激活后的回憶（底部）

全腦地圖強(qiáng)調(diào)了許多預(yù)計(jì)參與記憶的區(qū)域，但也有許多沒(méi)有參與的區(qū)域。為了幫助排除那些可能被與斬?fù)粲洃洘o(wú)關(guān)的活動(dòng)所激活的區(qū)域，研究小組將他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室的小鼠身上看到的東西與他們?cè)趦H僅被留在家中籠子里的對(duì)照組的大腦中看到的東西進(jìn)行了對(duì)比。這使他們能夠計(jì)算出一個(gè)"engram指數(shù)"，對(duì)117個(gè)有可能參與記憶engram綜合體的大腦區(qū)域進(jìn)行排序。他們通過(guò)設(shè)計(jì)新的小鼠來(lái)深化分析，其中參與記憶編碼和回憶的神經(jīng)元可以被雙重標(biāo)記，從而揭示出哪些細(xì)胞表現(xiàn)出這些活動(dòng)的重疊性。

作者指出，要真正成為一個(gè)engram細(xì)胞，一個(gè)神經(jīng)元應(yīng)該在編碼和回憶中都被激活："這些實(shí)驗(yàn)不僅揭示了在已知的海馬和杏仁核區(qū)域有顯著的engram重新激活，而且還顯示了在許多丘腦、皮質(zhì)、中腦和腦干結(jié)構(gòu)中的重新激活。"重要的是，當(dāng)我們將腦電圖指數(shù)分析確定的大腦區(qū)域與這些重新激活的區(qū)域進(jìn)行比較時(shí)，我們觀察到約60%的區(qū)域在分析之間是一致的。"

記憶操作

在對(duì)有可能參與engram復(fù)合體的區(qū)域進(jìn)行排序后，研究小組進(jìn)行了一些操作，以直接測(cè)試他們的預(yù)測(cè)，并確定engram復(fù)合體區(qū)域可能如何共同工作。

例如，他們對(duì)小鼠進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使通過(guò)記憶編碼激活的細(xì)胞也可以通過(guò)閃光進(jìn)行控制（這種技術(shù)稱為"光遺傳學(xué)"）。然后，研究人員從他們的engram索引列表中選擇了一些腦區(qū)，看看刺激這些腦區(qū)是否會(huì)人為地重現(xiàn)原地凍結(jié)的恐懼記憶行為，甚至當(dāng)小鼠被放置在一個(gè)沒(méi)有發(fā)生電擊的"中性"籠子里。

研究人員指出："令人震驚的是，所有這些大腦區(qū)域在受到光遺傳學(xué)刺激時(shí)都能誘發(fā)強(qiáng)大的記憶回憶。此外，他們的分析表明，刺激那些對(duì)斬?cái)嘤洃洘o(wú)關(guān)緊要的區(qū)域確實(shí)沒(méi)有產(chǎn)生凍結(jié)行為。"

研究小組隨后展示了恩格復(fù)合體中的不同區(qū)域是如何連接的。他們選擇了兩個(gè)著名的記憶區(qū)域，即海馬的CA1和杏仁基底外側(cè)（BLA），并通過(guò)光遺傳學(xué)激活那里的engram細(xì)胞，在一個(gè)中性籠子里誘發(fā)記憶回憶行為。他們發(fā)現(xiàn)，刺激這些區(qū)域會(huì)在特定的"下游"區(qū)域產(chǎn)生記憶回憶活動(dòng)，這些區(qū)域被確定為engram綜合體的可能成員。同時(shí)，光遺傳學(xué)抑制CA1或BLA的自然電擊記憶回憶（即當(dāng)小鼠被放回他們經(jīng)歷斬?fù)舻幕\子時(shí)），導(dǎo)致下游engram復(fù)合區(qū)的活動(dòng)減少，而他們?cè)跓o(wú)阻礙的自然回憶的小鼠身上測(cè)量到的正是這種活動(dòng)。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，engram復(fù)合體神經(jīng)元的光遺傳學(xué)反應(yīng)與自然記憶回憶中觀察到的模式相似。因此，在確定了自然記憶的編碼和回憶似乎發(fā)生在一個(gè)廣泛的engram復(fù)合體上后，研究小組決定測(cè)試與重新激活一個(gè)區(qū)域相比，重新激活多個(gè)區(qū)域是否會(huì)改善記憶回憶。畢竟，先前的實(shí)驗(yàn)表明，僅僅激活一個(gè)恩格區(qū)域并不能產(chǎn)生像自然回憶那樣生動(dòng)的回憶。這一次，研究小組使用了一種化學(xué)手段來(lái)刺激不同的engram復(fù)合區(qū)域，當(dāng)他們這樣做的時(shí)候，他們發(fā)現(xiàn)，確實(shí)同時(shí)刺激多達(dá)三個(gè)相關(guān)的區(qū)域比刺激一個(gè)區(qū)域產(chǎn)生更有力的類似行為。

了解更多：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29384-4