空间选择的关键一刻,左侧海马CA3更显身手
小鼠记住刚才的位置、再作出选择时,左右海马CA3呈现不同贡献。左侧CA3及与它相连的内侧隔PV细胞,在提取阶段尤为关键。
走到岔路口,刚才的经历怎样变成眼前的选择?空间工作记忆让动物暂时保留位置信息,并在需要时取出来使用。左右海马看起来结构相近,是否也承担同样的工作?2020年6月9日发表于 Nature Communications 的小鼠研究,把记忆分成获取、等待与选择几个阶段,发现左侧海马CA3的贡献尤其体现在提取信息、作出选择的时刻。一条来自内侧隔的输入,又把这种左右差别接到了上游细胞群。
抑制左侧CA3锥体细胞,在选择阶段削弱空间工作记忆表现;获取和等待阶段、右侧对应干预未见显著影响。与左侧CA3相连的内侧隔PV细胞也参与这项提取过程。
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相似的海马,在选择时露出差别
在空间选择任务中,小鼠先获得一段位置信息,经过等待,再依靠这段信息作出选择。研究看到,左右CA3的群体钙信号都在获取和选择阶段增强,等待阶段则没有同样的明显升高。左右两侧都进入了任务,差别并不是一边参与、另一边沉默。
到了选择阶段,左侧CA3在正确试次中的钙信号高于错误试次,右侧这项比较则未达到显著。随着学习推进,钙信号强度与任务表现还呈相关。这样的联系把研究焦点放到了信息被取出来、即将用于行动的时刻。
来源:Song D et al. · Nature communications · CC BY
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不是所有细胞一起行动,而是响应时序不同
把群体信号拆到单个记录单位,两侧都有大量细胞随任务阶段改变放电,任务响应单位的比例也相近。真正不同的是响应的类型与时序:左侧更常出现与选择前准备相关的放电模式,右侧则更常在主臂活动时响应。
在受比较的响应类别中,左侧细胞还更早开始放电。位置偏好的细胞在两侧都能找到,任务无明显响应的细胞也同样存在。左右差别因此落在细胞群怎样组织时间上,而不是把一侧海马整体冠以“记忆中心”的称号。
来源:Song D et al. · Nature communications · CC BY
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左侧CA3的贡献,落在提取这一刻
活动与成功相关,还需要检验它是否影响选择。降低左侧CA3锥体细胞活动后,小鼠在选择阶段的正确率下降;在获取信息或等待阶段降低活动,表现未显著改变。右侧CA3的对应抑制,在这些受测阶段也未显著影响正确率。
这份阶段差别与前面的信号记录相互呼应。不过,额外增强左侧或右侧CA3活动,都可能干扰任务表现。维持合适的活动组织,比简单地让某一侧越活跃越好更为重要,右侧也仍是这个网络的一部分。
来源:Song D et al. · Nature communications · CC BY
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任务变了,提取的差别仍能出现
在另一项依赖近期空间信息的水迷宫任务中,降低左侧CA3活动使小鼠提取目标位置所需的时间延长,右侧对应比较未见显著变化。后续恢复测试中表现回到正常,变化跟随当时的活动状态,并未表现为记忆永久消失。
触屏任务进一步改变了信息需要保留的时间。较短等待下,左右抑制均未显著影响表现;等待更久时,左侧抑制才显出损害,右侧仍未见显著影响。同样是空间工作记忆,任务需求会改变这种左右分工被观察到的程度。
来源:Song D et al. · Nature communications · CC BY
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上游连接也有偏向,但并非非此即彼
研究把视线向上游移,追向内侧隔及对角带区域。带有PV标记的相关细胞,其连接更偏向单侧CA3;带有ChAT标记的胆碱能细胞,则更常呈现双侧联系。解剖上的偏向,为功能差别提供了可能的组织基础。
两种分布并不是泾渭分明的两张线路图,胆碱能细胞也存在单侧联系。连接的多少、跨越哪一侧,以及细胞在选择时怎样影响海马,是相互关联却仍需分别检验的问题。
来源:Song D et al. · Nature communications · CC BY
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与左侧CA3相连的PV群体,牵动选择表现
接着,研究降低与左侧CA3相连的内侧隔PV细胞活动,小鼠选择正确率下降;与右侧CA3相连的PV群体,受测结果未显著改变。对应的ChAT相关群体,无论关联左侧还是右侧CA3,抑制后也未见显著的正确率变化。
这里受到影响的是按投射关系识别的上游细胞群,它们还可能通过其他连接共同作用。结果让左侧CA3的提取功能有了一个具体的上游伙伴,也留下了这些输入如何改变CA3活动时序的问题。
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记忆的左右分工,也是一种时间分工
这项研究把一个宽泛的左右脑问题,缩小到特定区域、细胞群和任务时刻。左右CA3都响应任务,但当最近的空间信息必须变成眼前选择时,左侧CA3及其相关PV输入的贡献更突出。等待长短和任务形式又为这种差别加上条件。
这些结论来自小鼠的受测空间任务。哪些CA3细胞接收关键输入,左右侧怎样协调,以及这种组织是否通过网络节律维持,仍待进一步回答。记忆并不是被装进某一侧,而是由两侧网络在不同时间、以不同方式参与。