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马兰研究团队揭示可卡因奖赏相关记忆存储的痕迹神经环路机制

       记忆是脑认知功能的基础,近年来,人们对记忆机制的研究取得了重要的进展。但是在细胞水平上,我们的记忆究竟存储在哪里、记忆是以什么方式存在等问题,仍然是脑科学研究的热点和难点。复旦大学脑科学研究院/医学神经生物学国家重点实验室马兰研究团队通过选择性标记和操控在记忆形成(学习)过程中激活的“痕迹神经元”,发现可卡因奖赏及相关环境记忆存储于海马vCA1和伏隔核中央核脑区的痕迹神经元中,而这两个脑区痕迹神经元间突触联系的选择性加强介导了可卡因奖赏记忆的提取(回忆),提出特定记忆以痕迹神经元-痕迹神经元相连接形成的特异神经环路形式储存的假说。该研究结果于2019年11月12日在《自然·神经科学》(Nature Neuroscience)上在线发表。

       记忆痕迹假说和近年来对恐惧记忆的研究提示,在记忆形成过程中只有一部分神经元被激活并发生了持续的物理和/或化学改变,在记忆被提取时,这些细胞会再次激活,这些神经元被称为“记忆痕迹神经元”。那么痕迹细胞是如何存储记忆的?成瘾记忆是否也是由特定的痕迹细胞所存储?选择性地去除成瘾记忆的痕迹细胞是否可以选择性地消除成瘾记忆?马兰研究团队采用即早基因c-fos驱动的细胞标记和小鼠条件位置偏爱模型,特异性地标记了可卡因相关记忆的痕迹神经元。团队采用光遗传学和化学遗传学手段选择性地操控痕迹神经元及其神经投射的活性,同时观察对记忆的影响。研究发现,海马vCA1和伏隔核中央核脑区的记忆痕迹神经元被抑制后,可卡因奖赏相关记忆便不能被提取,可卡因奖赏记忆的提取依赖于海马痕vCA1迹神经元与伏隔核多巴胺D1受体阳性记忆痕迹元突触联系选择性增强,而去除同脑区的对照神经元不影响可卡因奖赏相关记忆,说明痕迹神经元特异性地存储可卡因记忆。这一研究证明海马vCA1的痕迹神经元存储了与可卡因奖赏相关的环境记忆,伏隔核痕迹神经元不仅存储了奖赏信息,而且还存储了环境信息。这一研究揭示海马vCA1至伏隔核中央核的记忆痕迹神经元环路及其突触联系的增强介导了可卡因奖赏记忆的存储和提取,并首次发现伏隔核神经元也能储存环境信息、通过选择性干预该痕迹神经元环路的突触联系能特异性擦除药物奖赏记忆。

       复旦大学基础医学院博士研究生周一鸣、朱慧文、刘志元为论文的共同第一作者,马兰教授、刘星副教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了科技部973计划“精神活性物质成瘾记忆的形成和消除”项目、国家自然科学基金重点项目和重大研究计划集成项目资助。


图: 编码可卡因奖赏相关记忆的海马vCA1痕迹神经元。


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