海马输出端的可塑性:CCK与两路输入的相遇
雄鼠研究发现,内嗅皮层 CCK 标记输入与 CA1 输入共同活动,可增强 CA1—远端下托响应;抑制下托局部相关输入,还会降低物品位置辨别表现。
一件物品换了位置,小鼠会花更多时间重新探索。脑内怎样保留原有位置,又对变化作出响应?发表于 Communications Biology 的研究,将视线投向海马的一处输出区域——下托。团队发现,来自内嗅皮层、带有胆囊收缩素 CCK 标记的输入,与 CA1 输入共同活动时,会使后者的突触响应增强。一个常与消化和饱腹联系起来的分子,也在脑内参与了连接的可塑性。
CCK 与两路输入的共同活动支持 CA1—远端下托的长期增强;相关内嗅皮层细胞在物品探索时响应,下托局部输入受抑后,位置辨别表现下降。
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单路输入没有增强,加入CCK后改变
下托接收 CA1 与内嗅皮层输入,是海马信息传向其他脑区的重要环节。突触可塑性关注的,是经历一段活动之后,同样输入能否引起更强响应。研究在脑片中观察 CA1 通向远端下托的场电位,把这种连接变化变成可比较的场电位变化。
单独招募 CA1 输入,所测条件下没有形成显著长期增强;在加入 CCK 片段 CCK-4 的条件中,相同输入之后引出的响应却增强。这种对照提示,神经肽提供的调节背景,会影响连接能否留下活动后的变化。
来源:Huang F et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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内嗅皮层送来CCK标记信号
追踪远端下托的 CCK 标记来源,团队在多个脑区找到投射细胞,内侧内嗅皮层(MEC)中的标记密度较高。这些细胞多数带有兴奋性标记,向下托传递的输入也有明显谷氨酸成分。CCK 标记在这里与兴奋性长程连接相伴。
然而,单独招募 MEC 来源的输入,同样没有在所测脑片条件下产生显著长期增强。来自哪个脑区与是否表达 CCK,尚不足以说明连接最终怎样改变;两路输入会合的状态,成为团队接下来的重点。
来源:Huang F et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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增强落在CA1输入,并非两路一起变强
当 CA1 与 MEC 的 CCK 标记输入共同被招募,CA1—下托场电位响应明显增强,并在后续记录中维持。另一份 MEC—下托输入自身的响应,却没有显著长期增强。一个输入群的活动,改变了另一个输入群的效能。
这类跨输入的变化,被称为异突触长期增强。阻断 NMDA 受体后,共同招募也不再引起显著增强。结果把两路输入的相互配合,与受体参与的可塑性过程联系起来;长期在这里指实验记录中的持续增强。
来源:Huang F et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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招募输入后,下托CCK信号升高
团队进一步观察,MEC 标记输入活动时,下托是否出现 CCK 信号。麻醉小鼠中的传感记录显示,招募这些输入后,CCK 相关荧光升高,普通荧光对照没有同样变化。这为输入活动伴随局部神经肽释放提供了支持。
信号的升高维持了一段时间,但传感信号也受受体与传感器响应速度影响。它呈现的是神经肽调节这一层,与快速谷氨酸传递一道,为理解共同招募后的连接变化提供了分子背景。
来源:Huang F et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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基础响应相近,活动后增强却减弱
另一组比较使用 CCK 缺失小鼠。普通电刺激引起的基础场电位响应与正常组相近,但诱导后的长期增强明显减弱,缺失组未形成显著增强。连接能够传递信号,与连接能否在活动后变强,是不同层面的功能。
组织标记还显示,下托内存在 CCK-B 受体。外源 CCK 片段、局部释放信号和基因缺失结果,从不同角度把 CCK 与可塑性联系起来,也把关注点从输入强度延伸到神经肽所提供的调节条件。
来源:Huang F et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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探索时会响应,局部抑制影响位置辨别
探索两件物品时,投向下托的 MEC CCK 标记细胞都出现短暂钙响应。物品移动后,小鼠更多探索新位置,但两件物品对应的钙响应峰值没有显著差别。细胞群参与探索,其响应并未简单对应新位置偏好。
在下托局部降低相关 MEC 输入后,小鼠对新旧物品位置的辨别指标下降。这个行为结果与突触观察形成呼应:输入的活动能影响位置任务表现,而 CCK 提供的调节背景与连接可塑性有关。研究对象为成年雄鼠。
来源:Huang F et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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可塑性来自输入之间的配合
这项研究把下托看成信息会合与调节发生的地方。CA1 输入、内嗅皮层输入和神经肽背景,能够共同影响一份连接在活动之后留下怎样的变化;同样的招募条件,对两份输入也可能产生不同结果。
连接增强的背后,是多路信息的相遇与神经肽调节。探索时的输入活动与可塑性实验分别呈现了这套系统的行为参与和连接变化,为理解海马输出如何被调节增加了一个神经肽视角。