小鼠后扣带皮层中的分隔化树突可塑性将时间相近的上下文记忆联系起来
小鼠后扣带皮层树突区室化可塑性将时间相近的情境记忆联系起来
学术背景
记忆的形成是一个动态过程，单个记忆被存储、更新并整合到其他已有记忆的框架中，以驱动适应性行为。近年来，研究表明，编码不同记忆的神经元群体的重叠可以将这些记忆联系起来，使得回忆一个记忆会触发另一个记忆的回忆。然而，树突可塑性机制在记忆联系中的作用尚不清楚。树突是神经元的重要组成部分，负责接收和整合来自其他神经元的信号。树突的区室化可塑性（compartmentalized dendritic plasticity）被认为在记忆形成和存储中起着关键作用，但其具体机制仍不明确。
本研究旨在探索树突区室化可塑性在记忆联系中的作用，特别是在小鼠后压皮层（retrosplenial cortex, RSC）中。RSC是负责空间和情境记忆处理的重要脑区，本研究通过结合活动依赖性标记、纵向成像和计算模型，揭示了树突区室化可塑性在记忆整合中的关键作用。
论文来源
该论文由Megha Sehgal、Daniel Almeida Filho、George Kastellakis等作者共同完成，研究团队来自加州大学洛杉矶分校、希腊研究与技术基金会分子生物学与生物技术研究所、韩国科学技术院等机构。论文于2025年发表在《Nature Neuroscience》期刊上，标题为“Compartmentalized dendritic plasticity in the mouse retrosplenial cortex links contextual memories formed close in time”。
研究流程
1. RSC神经元群体重叠与记忆联系
研究首先通过定制化头戴式微型显微镜（miniscope）对小鼠RSC神经元进行钙成像，观察小鼠在不同情境下的神经元活动。实验设计为小鼠在5小时或7天的时间间隔内探索不同的情境，记录RSC神经元的活动。结果表明，当两个情境在5小时内被探索时，RSC神经元群体的重叠显著高于7天间隔的情况。这表明时间相近的记忆在RSC中由重叠的神经元群体编码。
2. 树突区室化可塑性的作用
研究进一步通过双光子显微镜（two-photon microscopy）对RSC第V层神经元的顶树突进行纵向钙成像，观察树突段在不同情境下的活动。结果发现，当两个情境在5小时内被探索时，相同的树突段会被优先激活，而在7天间隔的情况下则没有这种现象。这表明树突区室化可塑性在记忆联系中起着关键作用。
3. 树突棘的动态变化
研究还通过体内双光子显微镜观察了Thy1-YFP-H小鼠RSC顶树突的树突棘（dendritic spine）动态变化。结果显示，当两个情境在5小时内被探索时，新形成的树突棘倾向于在同一树突段上聚集，而在7天间隔的情况下则没有这种倾向。这表明树突棘的聚类是记忆联系的另一个重要机制。
4. 树突活动的光遗传学操控
研究还结合了活动依赖性标记系统和树突靶向元件（dendritic targeting element, DTE），通过光遗传学方法操控RSC树突的活动。实验结果表明，人工激活与第一个情境相关的树突段，可以在第二个情境探索时引发记忆联系。这进一步证明了树突区室化可塑性在记忆联系中的因果作用。
5. 计算模型验证
研究还通过计算模型验证了树突机制在记忆联系中的必要性。模型预测，当树突机制被移除时，记忆之间的联系显著减弱。这表明树突区室化可塑性是记忆联系的不可或缺的机制。
主要结果
- RSC神经元群体重叠：当两个情境在5小时内被探索时，RSC神经元群体的重叠显著高于7天间隔的情况。
- 树突区室化可塑性：相同的树突段在5小时内被优先激活，而在7天间隔的情况下则没有这种现象。
- 树突棘的动态变化：新形成的树突棘倾向于在同一树突段上聚集，尤其是在5小时内被探索的情境下。
- 树突活动的光遗传学操控：人工激活与第一个情境相关的树突段，可以在第二个情境探索时引发记忆联系。
- 计算模型验证：树突机制在记忆联系中是必要的，移除树突机制会显著减弱记忆之间的联系。
结论
本研究揭示了树突区室化可塑性在记忆联系中的关键作用。研究表明，时间相近的记忆在RSC中由重叠的神经元群体和树突段编码，树突棘的聚类进一步促进了记忆的联系。光遗传学操控和计算模型验证了树突机制在记忆联系中的因果作用。这些发现为理解记忆整合和区室化可塑性提供了新的视角，并为未来研究记忆障碍的神经机制提供了重要的理论基础。
研究亮点
- 重要的科学发现：首次揭示了树突区室化可塑性在记忆联系中的关键作用。
- 新颖的实验方法：结合了活动依赖性标记、纵向成像、光遗传学操控和计算模型，提供了多层次的证据。
- 应用价值：为理解记忆障碍（如阿尔茨海默病）的神经机制提供了新的研究方向。
其他有价值的信息
本研究还探讨了树突机制在不同脑区记忆组织中的普遍性，提出了树突区室化可塑性可能是记忆组织的一个保守机制。未来的研究可以进一步探索其他脑区中树突可塑性在记忆整合中的作用。