学会之后记不牢,隔区—海马回路藏着线索
小鼠研究发现,tau积累使特定胆碱能细胞及隔区—海马theta协调受损;在较早记忆巩固阶段增强相关输入,可改善后续空间记忆表现。
训练时逐渐找到出口,过后却记不牢位置:问题可能出在学会之后。2023年4月14日发表于 Molecular Neurodegeneration 的研究,在小鼠内侧隔区积累人源tau蛋白,观察到空间记忆受损,而训练阶段的学习表现仍相近。进一步追踪把线索指向一组连接海马CA1的胆碱能细胞,以及学习后脑区之间的节律协调。研究发现,给这条线路的帮助,不仅要落在合适阶段,还与活动的节奏有关。
tau积累更明显地影响连接CA1、呈不对称放电特征的胆碱能细胞,并降低隔区—CA1的theta相干性。较早巩固阶段增强胆碱能输入改善记忆表现,局部乙酰胆碱受体阻断使这一改善消失。
阅读目录 · 7个部分
变化逐渐出现,学习与记忆并不同步
内侧隔区位于基底前脑,是海马胆碱能输入的重要来源。tau异常积累与胆碱能系统改变都见于阿尔茨海默病,研究因此把两条线索放到同一脑区考察,观察长期积累人源tau以后,相关细胞和行为怎样变化。
较广范围表达tau后,三个月时的ChAT阳性细胞数、海马胆碱能纤维及空间任务表现未见显著改变;六个月时,相关细胞标记数量和纤维强度下降。小鼠训练时仍能逐渐找到目标,后续测试却花费更久,正确探查和目标区域停留也更少,移动距离没有显著差别。
来源:Wu D et al. · Molecular neurodegeneration · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
将焦点缩到胆碱能细胞
当tau积累主要集中在ChAT相关胆碱能群体,三个月时就能看到相关细胞标记数减少,以及投向CA1的胆碱能纤维减弱。这比区域性表达的对应时间点更早呈现出变化,提示细胞身份会影响观察到的脆弱性。
这一群体中的tau积累同样未显著改变训练期的寻找目标表现,却使一天后和一周后的空间记忆测试变差。短期内学得进去,与随后能否把位置留下来,在这些小鼠身上出现了分离。
来源:Wu D et al. · Molecular neurodegeneration · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
同是胆碱能细胞,电活动也有不同面貌
记录中的胆碱能细胞可以按放电特征分成对称与不对称两类,其中不对称类型占比较高。tau积累后,不对称类型对输入的放电响应减弱,而对称类型的兴奋性未见显著改变。一个常被整体讨论的细胞群,也有不同的敏感程度。
这种差别主要体现在响应输入时发出多少脉冲。动作电位幅度、半宽、膜电容和静息电位并未显著变化,说明电活动受影响可以集中在部分特征上,并非所有细胞参数同时恶化。
来源:Wu D et al. · Molecular neurodegeneration · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
通向CA1的一支,显得更脆弱
隔区并非只与海马一个区域相连。追踪连接后,研究发现,tau对不对称放电细胞的影响主要出现在通向CA1的群体;通向CA3的对应群体未见显著兴奋性改变。对称放电细胞在两条受测连接中也没有同样变化。
分子标记、放电特征与连接目的地三条信息叠在一起,才显出这条易受影响的支路。它让记忆改变的定位从一个脑区,进一步落到带有特定活动特征的连接群体。
来源:Wu D et al. · Molecular neurodegeneration · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
节律还在,两个脑区的配合却变弱了
两个脑区能各自保持活动,也可能彼此失去配合。同步场电位记录发现,tau组内侧隔区的部分theta频段功率降低,CA1对应频段功率却没有显著组间差别;两区之间的theta相干性则在任务前、任务中及任务后都降低。
相干性描述的是两处活动在特定节奏上如何关联,并不是乙酰胆碱释放量。CA1仍有局部节律,却与隔区的时间关系变弱,使研究把注意力转向学习之后的巩固过程:记忆留下来,也可能需要合拍的交流。
来源:Wu D et al. · Molecular neurodegeneration · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
帮助记忆,要赶上合适的阶段与节奏
最初在记忆提取阶段受测的激活条件没有改善表现。把干预移到新学习结束后,采用theta节律的条件,后续目标寻找、正确探查与目标区域停留得到改善;另两种更快节律没有显著改善。把同一theta条件延迟到学习三小时后,收益也不再显著。
这些对照把效果与较早的巩固阶段联系起来。研究比较的是具体受测时点和节律,描绘出干预效果对时间的敏感性,而不是给所有任务划定一个统一的记忆时钟。
来源:Wu D et al. · Molecular neurodegeneration · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
把回路的帮助,落到海马输入上
进一步增强CA1内来自隔区胆碱能细胞的输入,也能在较早巩固阶段改善后续空间记忆;局部阻断受测乙酰胆碱受体后,改善消失,移动距离仍无显著差别。这让胆碱能信号成为回路效应中有实验支持的一环。
小鼠局部人源tau积累并不包含人类疾病的全部过程,标记减少也没有回答每个细胞最终的命运。这项研究带来的认识是,记忆脆弱性可以细分到细胞的活动特征、连接方向和学习后的阶段;帮助受影响的网络,可能需要同时考虑这三个层次。
来源:Wu D et al. · Molecular neurodegeneration · CC BY
查看原图与英文图注 ↗