跳至内容

画面与声音怎样连成记忆?CCK打开可塑性的窗口

eLife · 2024-03-04

Table of contents

No titles in the blog post

eLife · 研究前沿

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。

原论文图4D局部:内嗅皮层投射细胞的分子标记

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。

关键发现

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。

阅读目录 · 6个部分

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。

原论文图 1CCK与配对活动共同作用
CCK与配对活动共同作用
图1显示视觉至听觉皮层的投射,以及有无CCK时活动配对带来的不同结果。
来源:Sun W et al. · eLife · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

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。

原论文图 2内嗅输入与CCK受体参与增强
内嗅输入与CCK受体参与增强
图2展示内嗅输入参与视觉连接增强、其自身响应未显著增强,以及CCK受体阻断的影响。
来源:Sun W et al. · eLife · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

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。

原论文图 3单细胞的输入增强
单细胞的输入增强
图3比较内嗅或视觉通路强活动配合前后活动配对时,听觉皮层单细胞突触电流的变化。
来源:Sun W et al. · eLife · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

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。

原论文图 4两种来源细胞的Cck表达
两种来源细胞的Cck表达
图4比较投向听觉皮层的两组细胞的Cck转录本表达及高表达细胞占比。
来源:Sun W et al. · eLife · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

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。

原论文图 5活动频率与时序的影响
活动频率与时序的影响
图5比较活动频率、内嗅招募至配对间隔,以及输入至接收细胞活动间隔对增强的影响。
来源:Sun W et al. · eLife · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

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。

原论文图 6视听关联的形成与近期提取
视听关联的形成与近期提取
图6分别展示配对期与提取期通路抑制的结果,及作者提出的CCK辅助连接增强示意。
来源:Sun W et al. · eLife · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

论文信息

Sun W, Wu H, Peng Y, Zheng X, Li J, Zeng D, Tang P, Zhao M, Feng H, Li H, Liang Y, Su J, Chen X, Hökfelt T, He J.
Heterosynaptic plasticity of the visuo-auditory projection requires cholecystokinin released from entorhinal cortex afferents
eLife · 2024-03-04
DOI: 10.7554/elife.83356