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认出新物体的那一刻,下托如何唤起熟悉的记忆?

Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2026-04-15

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Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 研究前沿

认出新物体的那一刻,下托如何唤起熟悉的记忆?

细胞外基质蛋白FN1牵动下托细胞的放电与BK通道,让一条通向内嗅皮层的输出参与新旧物体辨别。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

桌上的两个物体昨天都见过,今天其中一个换了模样。小鼠更愿意靠近新的那个,意味着昨日经验与眼前信息发生了比较。这个看似简单的选择,既需要提取记忆,也需要把相关信息送出海马系统。发表于Advanced Science的一项成年雄鼠研究沿着下托这座输出枢纽寻找答案,最后追到一种细胞外基质蛋白:纤连蛋白1(FN1)。它与细胞内的钾通道、神经元放电以及特定输出路线相连,共同影响了识别发生的那一刻。

关键发现

提取期增强下托—内嗅输出提高新物体辨别,抑制则降低;FN1敲低使新旧信号差异消失并增加BK表达,激活这条输出或局部阻断BK可改善辨别缺陷。

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这群细胞,读出记忆时格外重要

第一次接触两个相同物体时,下托锥体细胞的群体钙信号都会升高,幅度相近。一天后,其中一个物体被替换,探索新物体时的信号明显更强。同一群细胞从对两个物体近似响应,转向对新物体更强响应,变化出现在小鼠已有先前经验的测试中。

这种活动差异是否影响行为,取决于干预的时刻。学习前激活或抑制这群细胞,次日辨别没有显著变化;学习六小时后干预也一样。到了提取测试,激活提高辨别指数,抑制则降低。物体位置识别中的抑制效应仅呈不显著趋势。对这组任务而言,下托活动的突出贡献落在新旧物体比较的时刻。

原论文图 1下托的阶段选择性作用
下托的阶段选择性作用
原文图 1:学习和提取时探索物体的群体钙响应,以及学习、巩固、提取阶段的化学遗传干预。新旧物体的钙差异及双向行为变化主要出现在提取测试。
来源:Fei F et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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下托的不同出口,带来不同结果

下托把信息送往多个脑区,但这些出口并不具有相同功能。内嗅皮层中的下托末梢,在探索新物体时钙信号更强;丘脑前核与乳头体末梢没有同样的新旧差异。提取期增强内嗅支路提高辨别,抑制则降低,而学习及所测巩固时间点的操作没有显著作用。

另一条支路甚至带来相反结果:激活投向丘脑前核的末梢,会降低新物体辨别,抑制却没有造成相同缺陷。乳头体支路的激活和抑制,以及压后皮层支路的相关抑制,也未显著改变表现。物体位置任务中的通路操作同样没有显著效应。提高下托输出并不是越广泛越好,信息去向影响着行为结果。

原论文图 2不同输出的提取期干预结果
不同输出的提取期干预结果
原文图 2:下托投向内嗅、丘脑前核与乳头体的末梢定位和光操作。内嗅支路提取期激活、抑制产生相反变化;丘脑前核支路激活降低辨别,乳头体支路激活未见显著改变。
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一枚细胞外蛋白标记,参与了辨别

寻找两类输出细胞的分子差异时,FN1进入视野。它主要见于内嗅投射相关的下托锥体细胞,丘脑前核投射细胞中很少出现。提取后,FN1与活动标记c-Fos增加;学习及所测巩固条件没有同样变化。这个通常与细胞外基质相联系的蛋白,恰好出现在具有提取期功能的细胞群中。

降低下托FN1后,小鼠的新物体辨别下降,物体位置辨别、Y迷宫、水迷宫、条件恐惧及情绪相关测试却未见相应显著缺陷。抑制神经活动或c-Fos/AP-1相关活动也降低FN1。这些结果把FN1从一个识别细胞的标记,带到了参与任务表现的分子层面,并显示它的水平会随神经活动变化。

原论文图 3FN1 定位、变化与敲低后的行为
FN1 定位、变化与敲低后的行为
原文图 3:不同投射细胞与 FN1 的共标记,记忆阶段后的 FN1、c-Fos 染色,敲低验证及物体识别和位置识别比较。FN1 敲低降低新物体辨别,位置辨别未显著改变。
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让输出更活跃,找回新旧差异

FN1下降后,学习时对两个相同物体的钙响应仍然相近,但提取时原有的新旧物体信号差异消失了。损害并非表现为所有物体响应都消失,而是群体活动失去了原先的区别。分子变化与提取时的活动变化,在同一个行为缺陷中相遇。

研究于是直接增强下托—内嗅输出。只在提取期激活这条路线,便能改善FN1敲低后的辨别;学习或巩固期激活没有同样补偿,激活丘脑支路也没有。输出路线与作用时刻两项条件同时吻合,才出现行为改善。这让FN1相关缺陷具体落到了能够通过增强活动补偿的提取回路上。

原论文图 4FN1 敲低后的信号与通路挽救
FN1 敲低后的信号与通路挽救
原文图 4:敲低后学习、提取阶段的钙响应,及内嗅或丘脑支路激活的行为比较。提取期内嗅支路激活改善新物体辨别,丘脑支路未产生同样挽救。
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钾通道的“刹车”为何变强?

切片记录揭示,FN1敲低后的细胞在较大电流输入下产生更少动作电位,动作电位幅度降低,快速后超极化增强,爆发放电细胞比例也下降。不过,基强度与慢速后超极化没有显著变化,低电流下的放电增加趋势也不显著。细胞变化主要体现在较强输入时能怎样放电,而不是所有状态都统一变得安静。

BK钾通道成为下一条线索。这类通道参与动作电位后的膜电位回落,像放电过程中的一部分制动。FN1敲低后,BK主功能亚基蛋白与KCNMA1转录增加,KCNMB4未显著改变。局部给予BK阻断剂paxilline,可改善新物体辨别。增强的通道表达、改变的放电与药理挽救,共同支持BK参与这一缺陷。

原论文图 5FN1 与 BK 相关兴奋性变化
FN1 与 BK 相关兴奋性变化
原文图 5:电流诱发放电、动作电位与后超极化、爆发和规则放电分类、MaxiK 亚基蛋白及 paxilline 行为挽救。快速后超极化的增加主要见于规则放电细胞。
来源:Fei F et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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海马信息怎样进入这条路线?

追踪显示,内嗅投射相关的下托细胞接收较强CA1与局部回路输入,而丘脑投射细胞与前下托输入联系更多。抑制CA1后,下托提取时的新旧物体钙差异消失。这些活动结果与解剖差异相呼应:下托不是把同一份海马信息平均发给所有出口,上游组织也与输出细胞的分工相联系。

原论文图 6不同输出细胞的上游输入
不同输出细胞的上游输入
原文图6:不同输出相关下托细胞的上游追踪,以及CA1化学遗传抑制后的下托群体钙记录。抑制CA1后,提取期的新旧物体响应差异消失。
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记忆提取,也受到细胞外环境影响

在成年雄鼠的这项识别任务中,FN1、BK相关兴奋性和下托—内嗅输出一起影响了记忆被调用时的行为。细胞外基质因此不只是神经元周围的支架,它也与细胞能否在关键时刻形成足够的输出相联系。从昨日见过的物体到今天作出的选择,记忆提取还需要细胞环境、放电状态与信息路线彼此配合。

论文信息

Fei F, Shi J, Xi J, Xu Y, Ying S, Fan X, Lu W, Li Z, Li M, Wang Y, Cheng L, Yang L, Xu L, Chen Z, Xu C, Wang Y.
Fibronectin1-Expressing Subicular Circuits Selectively Govern the Retrieval of Novel Object Recognition
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2026-04-15
DOI: 10.1002/advs.202516399