跳至内容

有了旧经验,新知识怎样更快找到位置?

BMC biology · 2022-11-10

Table of contents

No titles in the blog post

BMC Biology · 研究前沿

有了旧经验,新知识怎样更快找到位置?

大鼠研究发现,知识框架形成时,海马与前扣带皮层的参与随阶段变化。CA1星形胶质细胞的Gi通路调节,会影响框架建立和新信息融入,作用并非贯穿所有阶段。

原论文图1A局部:CA1星形胶质细胞相关标记荧光视野

熟悉一座城市之后,新开的一家店往往更容易记住;从零开始认识所有街道,却需要更多时间。旧经验搭好的框架,能帮助新信息更快找到位置。2022年11月10日发表于 BMC Biology 的大鼠研究,用食物味道与地点之间的关联学习考察这类记忆图式。研究追踪海马CA1中投向前扣带皮层ACC的细胞群,以及ACC自身的活动,发现两者随学习阶段呈现不同变化。进一步调节CA1星形胶质细胞的Gi通路,则影响了框架建立与新信息学习,让神经元之外的细胞也进入了这幅记忆图景。

关键发现

CA1投向ACC的群体活动随原有关联学习逐渐减弱,ACC活动在中期较强,新关联出现时两者再次增加。星形胶质细胞Gi通路的干预作用随阶段变化,已建立的原有关联与新信息融入呈现不同结果。

阅读目录 · 7个部分

味道提示地点,旧关联帮助新学习

研究中的大鼠学习一组味道与地点的配对:尝到某种味道后,找到对应位置。逐渐熟悉多组关联,再加入新的配对,可以观察动物是否借助原有框架快速学习。训练中的表现与无奖励提示测试的挖掘偏向,分别提供了学习和记忆读出。

在持续的CA1星形胶质细胞Gi通路干预下,大鼠原有关联的表现提升受阻,后来新配对的提示记忆也较弱。只接受相关药物、没有对应功能受体的对照,未见相同损害。结果将变化与特定细胞中的通路调节联系起来,而非单凭药物条件解释。

原论文图 1关联学习与记忆表现
关联学习与记忆表现
图1展示持续Gi通路干预下的原有关联学习和新配对记忆减弱,以及相应受体对照。
来源:Liu S et al. · BMC biology · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

CA1与ACC,走出不同的时间曲线

原有关联刚开始学习时,CA1中投向ACC的群体钙活动较强,随熟悉过程逐步下降。ACC的活动则先上升,在中间阶段较强,之后又降低。两种轨迹说明,反复完成同一种任务时,相关区域的参与方式也在变化。

当新的味道—地点关联加入时,两个群体的钙活动又都增加。作者将其联系到海马与皮层共同参与新信息整合。记录每类来自三只大鼠,钙信号反映群体活动的变化,尚未直接描绘一条具体记忆如何在区域之间搬迁或存放。

原论文图 2原有关联与新信息中的群体钙活动
原有关联与新信息中的群体钙活动
图2显示CA1投射相关群体活动逐渐降低、ACC中期增强,以及新配对时两者重新增加。
来源:Liu S et al. · BMC biology · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

框架尚未搭好,干预使进度放慢

只在最初阶段进行Gi通路干预时,大鼠的关联学习提升较慢,较早的提示测试也表现较弱。撤去干预后继续学习,训练表现逐渐追上对照;提示记忆的恢复更晚一些,随后也达到相近水平。这里呈现的是受扰后可以继续建立的框架。

相应组织观察中,CA1整体活动标记和投向ACC细胞群的活动标记比例降低,ACC整体标记的组间差异却未达显著。早期行为受影响,并不伴随两个区域完全一致的变化,细胞群及阶段的差别由此变得具体。

原论文图 3初学时的行为与活动标记
初学时的行为与活动标记
图3显示早期学习受阻及后续追赶,CA1相关标记降低,而ACC整体比较未达显著。
来源:Liu S et al. · BMC biology · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

到了中期,两区的变化更接近

中期进行同类干预,训练表现和随后提示测试都受到影响;撤去干预后,继续训练仍可恢复。与早期不同,此时CA1整体、CA1投向ACC的群体及ACC整体活动标记,都低于对应对照。

这与正常学习中ACC在中期更强的参与相互呼应。星形胶质细胞调节对行为和神经活动的影响,因此随学习阶段改变。不过相关神经元的活动变化,仍未单独证明是哪一条突触连接或哪一种胶质递质承担了全部作用。

原论文图 4中期干预的跨区活动变化
中期干预的跨区活动变化
图4中,中期干预伴随行为受损及两区活动标记减少,后续训练中表现恢复。
来源:Liu S et al. · BMC biology · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

晚期的原有关联,表现更稳

当原有味道—地点框架已经建立,同类晚期干预没有显著改变原任务训练表现或对应的提示记忆。此时CA1投向ACC群体的活动标记比例已经较低,干预后的CA1整体、投射群体及ACC整体比较,也都没有达到显著差异。

这让“学习新东西”和“调用熟悉关联”分出了层次。框架形成后,在这类CA1星形胶质细胞干预下,原有关联能够保持稳定;这一结果针对所测试的任务和干预方式,尚未说明整个海马对所有长期记忆都不再参与。

原论文图 5晚期原有关联的稳定表现
晚期原有关联的稳定表现
图5显示晚期原任务及相关活动标记的干预比较未达显著。
来源:Liu S et al. · BMC biology · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

旧框架稳固,新配对仍需要重新调动

研究进一步只在引入新配对时进行干预。当天训练表现的组间差异未达显著,后续对新配对的提示记忆却明显较弱。两个行为读出并不完全相同:眼前完成任务的表现,与后来能否依提示找回新关联,各自提供一部分信息。

在相应活动标记中,CA1投向ACC的群体和ACC整体参与都受到影响。结合新配对出现时两区活动重新升高,研究提示,已有框架并不意味着学习可以完全跳过海马相关过程;为新信息建立联系,仍可能重新调动这套网络。

原论文图 6新配对学习与后续提示记忆
新配对学习与后续提示记忆
图6中,新配对当天训练比较未达显著,后续提示记忆及相关群体活动标记降低。
来源:Liu S et al. · BMC biology · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

星形胶质细胞,也参与学习的不同阶段

这项大鼠研究的启发,在于把记忆框架看成一个会随经验改变的过程,并把CA1星形胶质细胞纳入其中。Gi通路是此次干预的切入点,它影响哪些胶质信号、如何进一步改变不同神经元群体,仍未被逐一确定。

区域活动的变化、熟悉记忆的保持和新信息的融入,共同勾勒出动态的海马—皮层合作。新知识怎样与旧经验共同形成可调用的关联,人类是否具有相同的细胞机制,都需要更长时间尺度及跨物种研究继续回答。

论文信息

Liu S, Wong HY, Xie L, Iqbal Z, Lei Z, Fu Z, Lam YY, Ramkrishnan AS, Li Y.
Astrocytes in CA1 modulate schema establishment in the hippocampal-cortical neuron network
BMC biology · 2022-11-10
DOI: 10.1186/s12915-022-01445-6