画面与声音怎样连成记忆?CCK打开可塑性的窗口
小鼠研究发现,视觉至听觉皮层的连接增强,需要活动配对与CCK信号共同参与;内嗅皮层输入也参与视听关联的建立和近期回忆。
看见门铃上的灯亮起,便想到即将响起的铃声——生活中,我们常把不同感官的信息连在一起。这样的联系怎样留下来?2024年3月4日发表于 eLife 的小鼠研究,关注视觉皮层(VC)、听觉皮层(AC)与内嗅皮层(EC)之间的合作。视觉信息能够直接到达听觉皮层,但有连接并不等于连接会自动增强。研究发现,神经肽胆囊收缩素(CCK)与活动配对共同作用,为视听输入的可塑性创造了条件,也把第三条通路带进了关联记忆的故事。
内嗅皮层的CCK阳性输入配合视听活动,可促进视觉至听觉皮层连接增强;特定测试中,活动先后间隔达到200毫秒、仅五次配对仍有增强。相关通路也参与近期关联记忆的形成与提取。
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连接已经存在,增强还需要一个条件
听觉皮层接收来自视觉皮层的直接投射,为两种感官信息的相遇提供了线路。不过,只对这条视觉输入施加强活动,没有观察到显著的长时程增强;把视觉输入与声音诱发的听觉皮层放电反复配对,单独这样做也未产生增强。
当CCK存在时,同样的活动配对带来了不同结果:视觉输入引发的反应增强,并在后续一小时记录中保持较高水平。单独加入CCK、或者只配合输入或接收细胞一侧的活动,都不足以产生相同变化。连接增强需要这几项条件共同出现。
来源:Sun W et al. · eLife · CC BY
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内嗅皮层给另一条连接送来助力
CCK的作用也能由脑内输入带来。先招募内嗅皮层至听觉皮层的CCK阳性投射,再配合视觉输入与接收细胞活动,视觉至听觉皮层的反应增强了。换成对视觉通路自身的强刺激,相同配对条件下却没有显著增强。
有趣的是,内嗅皮层输入自身的响应并未显著增强。它帮助另一组输入改变强度,体现了“异突触可塑性”。CCK传感信号支持内嗅皮层招募后听觉皮层出现CCK释放;阻断当地CCK B型受体,则阻止了视觉输入增强。
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群体信号之外,单个细胞也留下变化
单个听觉皮层锥体细胞的记录进一步连接起这条证据链。内嗅CCK阳性输入与前后活动配对后,来自视觉皮层的兴奋性突触电流增强;电刺激引发的兴奋性电流也增强。用视觉通路自身的强刺激替代内嗅输入,相应增强没有显著出现。
从活体场电位到单细胞突触电流,研究在不同尺度观察到相近的方向:第三方输入改变了连接可塑性的条件。这让“内嗅皮层提供助力”有了更具体的细胞基础。
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同样抵达听觉皮层,携带的CCK线索不同
为什么两条输入带来的作用不同?投向听觉皮层的内嗅细胞,其Cck转录本水平高于对应的视觉皮层细胞;较高表达的细胞比例也更大。比较既显示共同接收区域,也揭示了输入来源的分子差异。
转录本比较与释放信号、受体阻断结果相互呼应,支持内嗅CCK输入在这一可塑性过程中的作用。研究中的内嗅投射是携带CCK的兴奋性连接,肽信号让它在传递输入之外,还能影响其他连接是否更容易增强。
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联结可以跨过更长的活动间隔
CCK相关输入的招募方式与活动先后关系都会影响增强。在所测条件中,较高频率的内嗅输入招募更容易带来增强;招募结束与视听活动配对之间若拉开到较长间隔,增强便不再显著。肽信号提供的机会也有时序条件。
尤其引人注意的是,在内嗅CCK输入参与时,视觉输入早于接收细胞放电200毫秒,仅五次配对仍能带来显著增强;所测的400或800毫秒间隔则没有显著增强。这为较长时间间隔中的感官关联提供了一条线索,适用范围仍是研究检验过的条件。
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声音的意义,能否传到画面上?
在行为任务中,小鼠先经历画面与声音的配对,随后声音与威胁建立联系。正常条件下,之后单独呈现画面也会引发僵直,反映此前的视听关联。配对期间抑制内嗅CCK输入或视觉至听觉皮层输入,这种画面引发的反应未显著增强,但对声音的威胁反应仍能形成。
如果等视听配对完成后,再在测试阶段抑制相关输入,画面引发的反应同样受影响,声音反应则保留。连接不仅参与关联的建立,也参与近期关联的提取。证据来自雄性小鼠;自然情境怎样招募内嗅CCK输入、其他感官关联是否遵循相同规律,仍有待探索。一次跨感官的联结,让局部突触活动与远处肽信号的合作更加清楚。
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