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再次遇见老朋友,丘脑怎样带回熟悉的信息

Neuron · 2024-05-02

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Neuron · 研究前沿

再次遇见老朋友,丘脑怎样带回熟悉的信息

小鼠识别熟悉同伴时,感觉部丘脑网状核参与其中。研究串起顶叶皮层至丘脑的连接,并发现重新激活社交经历相关细胞,可以唤回自然线索已难引出的区分。

原论文Figure 3A局部:投向sTRN的后顶叶皮层细胞示踪,红色标记与蓝色核染色

隔了一段时间再见,一只小鼠还能认出此前接触过的同伴吗?2024年5月2日在线发表于 Neuron 的研究,把这一问题带到通常被视作感觉信息“守门员”的丘脑网状核。团队发现,感觉部丘脑网状核(sTRN)的小清蛋白相关细胞,不仅参与熟悉与陌生同伴的区分,还位于一条从后顶叶皮层通向丘脑束旁核的调节线路中。更进一步,重新激活社交经历中活跃过的细胞,能让一周后的熟悉性区分再次表现出来。

关键发现

PPC兴奋性输入经sTRN抑制性细胞影响PF,参与社交信息的编码和提取。经历相关sTRN细胞的重新激活能恢复受测熟悉性区分;这些细胞还具有较高兴奋性及不同形态、转录特征。

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熟悉同伴,带来更强的丘脑响应

小鼠接触熟悉同伴时,TRN小清蛋白相关群体的钙响应高于接触陌生同伴或熟悉物体;熟悉与陌生物体之间没有相同差别。抑制sTRN这群细胞,熟悉与陌生同伴的区分下降,抑制边缘部TRN却没有显著影响。

反向增强sTRN活动,区分能力提高,间隔两小时后仍能表现出对陌生同伴的偏好。接近熟悉同伴时抑制,区分能力下降;接近陌生同伴时抑制,区分能力未显著改变。基础社交偏好与物体记忆则未显著改变,显示这里涉及的是社交经历的熟悉性。

原论文图 1熟悉同伴,带来更强的丘脑响应
熟悉同伴,带来更强的丘脑响应
原论文Figure 1:熟悉同伴相关钙响应、TRN不同分区干预,以及sTRN细胞调节对社交区分的影响。
来源:Feidi Wang et al. · Neuron · CC BY-NC-ND 4.0; © 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.
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抑制性输出,也能帮助记忆表现

sTRN向多个丘脑区域发送轴突,其中束旁核(PF)接收密集输入。脑片记录显示,激活sTRN末梢引出PF细胞的抑制性电流,并压低其放电,兴奋性电流未被诱发;补充实验支持这是一条直接的GABA能连接。

在初次接触同伴的编码阶段,或再次区分同伴的提取阶段,增强这条输入都能提高后续区分;抑制则降低区分。位置偏好、一般社交与物体记忆未显著变化,抑制性信号在这里参与的是特定信息的使用。

原论文图 2抑制性输出,也能帮助记忆表现
抑制性输出,也能帮助记忆表现
原论文Figure 2:sTRN至PF的抑制性连接,以及编码期、提取期投射调节后的社交区分。
来源:Feidi Wang et al. · Neuron · CC BY-NC-ND 4.0; © 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.
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后顶叶皮层,把上游信息送进来

向上游追踪,后顶叶皮层(PPC)出现较密集的sTRN投射细胞,多数带有CaMKII相关标记。激活这些轴突,sTRN细胞接收兴奋性电流,放电增加,形成与下游抑制方向不同的第一段输入。

减弱PPC至sTRN相关输入,社交区分下降;增强它,编码和提取阶段的表现均提高,两小时后的区分也更好。原本与感觉整合相连的皮层—丘脑联系,由此进入了“曾经见过谁”的问题。

原论文图 3后顶叶皮层,把上游信息送进来
后顶叶皮层,把上游信息送进来
原论文Figure 3:PPC至sTRN的解剖和兴奋性功能连接,以及两阶段投射干预后的社交行为。
来源:Feidi Wang et al. · Neuron · CC BY-NC-ND 4.0; © 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.
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一段兴奋、一段抑制,连成同一条线索

PPC轴突能兴奋投向PF的sTRN细胞,连接追踪也支持这一串联组织。社交调查期间,PF局部GABA信号升高;去除投向sTRN的PPC细胞后,这一递质响应减弱,将上游活动与下游抑制性信号联系起来。

在PF阻断GABA受体相关传递后,增强PPC至sTRN输入不再带来原先的社交区分增益,重复见面时的习惯化也受到影响。多层证据共同说明,皮层信息可以经由这道抑制性门控参与社交记忆。

原论文图 4一段兴奋、一段抑制,连成同一条线索
一段兴奋、一段抑制,连成同一条线索
原论文Figure 4:串联连接证据、PF的GABA响应,以及局部受体阻断对社交记忆增益的影响。
来源:Feidi Wang et al. · Neuron · CC BY-NC-ND 4.0; © 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.
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一周之后,重新唤起经历相关细胞

团队标记初次社交经历中活跃的sTRN细胞。再次见到同一只小鼠,重新活跃的重叠比例高于见到另一只小鼠。经过一周分离,自然线索下已不明显的熟悉性区分,在这些带标签细胞被重新激活后再次出现。

大多数带标签细胞具有PV标记,部分既接收PPC兴奋性输入,又投向PF。这使经历相关细胞与前面的回路相接,也提示提取困难与信息彻底丢失,可能不是同一回事。

原论文图 5一周之后,重新唤起经历相关细胞
一周之后,重新唤起经历相关细胞
原论文Figure 5:社交经历相关细胞的标记、熟悉同伴再激活,以及一周后人工激活带来的区分变化。
来源:Feidi Wang et al. · Neuron · CC BY-NC-ND 4.0; © 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.
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记忆相关细胞,具有不同的电学与形态特征

带标签细胞更常以成串方式放电。在同属成串放电的细胞中,它们产生放电所需的电流门槛更低、放电更多,膜电容更大,但静息膜电位未显著不同。形态重建还显示更复杂的树突、更长的总树突长度及较大胞体。

原论文图 6记忆相关细胞,具有不同的电学与形态特征
记忆相关细胞,具有不同的电学与形态特征
原论文Figure 6:经历相关细胞与未标记细胞的放电、膜性质及形态比较;静息膜电位未显著不同。
来源:Feidi Wang et al. · Neuron · CC BY-NC-ND 4.0; © 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.
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熟悉性的痕迹,跨越分子、细胞与回路

转录分析进一步发现,带标签细胞富集核糖体、肽合成和翻译相关基因集合,提示蛋白合成相关程序更活跃。这里观察到的是细胞群的转录特征,蛋白合成怎样促成记忆维持仍有待直接检验。

记忆印迹研究过去多聚焦兴奋性细胞,抑制性细胞常被放在调控角色中。这次结果把长程抑制性细胞推到更靠近经历痕迹的位置,让“调节信息通过”与“参与信息保留”之间,多了一处值得追踪的交会。

研究主要使用八至十三周龄雄鼠,部分sTRN抑制行为测试也纳入雌鼠。它让长程抑制性细胞进入社交记忆印迹的图景:感觉信息的守门员,也可能留下经历的痕迹。任务中觉醒未显著改变,但家笼睡眠与部分触须反应会受调节影响,记忆作用仍与这一脑区的多重功能交织。

原论文图 7熟悉性的痕迹,跨越分子、细胞与回路
熟悉性的痕迹,跨越分子、细胞与回路
原论文Figure 7:社交经历相关细胞与未标记细胞的基因集合富集和转录特征比较。
来源:Feidi Wang et al. · Neuron · CC BY-NC-ND 4.0; © 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.
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论文信息

Feidi Wang, Huan Sun, Mingyue Chen, Ban Feng, Yu Lu, Mi Lyu, Dongqi Cui, Yifang Zhai, Ying Zhang, Yaomin Zhu, Changhe Wang, Haitao Wu, Xiancang Ma, Feng Zhu, Qiang Wang, Yan Li
The thalamic reticular nucleus orchestrates social memory
Neuron · 2024-05-02
DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.013