癫痫后的记忆困难,隔区细胞带来什么线索?
临床影像观察与雄鼠实验指向内侧隔区胆碱能细胞:癫痫模型中细胞标记和海马乙酰胆碱减少,增强剩余细胞活动可改善物体位置与识别任务。
面对一个换了位置的物体,小鼠会不会多看一眼?这个简单问题,让研究能够考察癫痫之后的记忆相关变化。2023年3月15日在线发表于 Neural Regeneration Research 的研究,从伴有海马硬化的颞叶癫痫患者影像与记忆评估出发,再进入两种雄鼠模型。团队把目光投向内侧隔区的胆碱能细胞:这群细胞与海马相连,在模型中标记数量减少;增强剩余细胞的活动,物体位置和识别任务表现随之改善。
内侧隔区胆碱能细胞消融足以降低小鼠两种物体记忆任务的辨别指标;在两种癫痫模型中,激活这些细胞改善任务表现。独立记录显示激活伴随海马乙酰胆碱传感信号增强。
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患者影像,把问题引向海马之外
研究纳入78名伴左侧或右侧海马硬化的颞叶癫痫患者,以及31名健康对照。患者内侧隔区体积较小,记忆商和语言记忆评分较低,非语言记忆评分则没有显著差异。记忆的不同组成,并非同样受到影响。
左侧硬化组的隔区—左海马通路扩散指标降低,右侧组的对应比较没有显著改变。隔区体积与总体记忆评分存在正相关,而体积与语言记忆、通路指标与总体记忆的相关均未达显著。影像提供的是线索,后续细胞实验再追问功能。
来源:Chen J et al. · Neural regeneration research · CC BY-NC-SA
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海马里少了递质,隔区里少了细胞标记
在海人酸诱导的慢性癫痫模型中,海马出现细胞层结构变化,内侧隔区的ChAT阳性细胞数量也减少。ChAT是合成乙酰胆碱相关的标记;海马细胞外乙酰胆碱水平同时较低,提示这套远距离调节系统发生改变。
小鼠在物体位置记忆和新物体识别任务中,辨别指标都下降。前者比较对移动物体的探索,后者比较对新物体的探索,把空间变化与物体变化放到两个任务里考察。位置任务更依赖海马,新物体识别还涉及其他脑区;共同下降的表现,让研究将关注点放在能够连接多个区域的调节系统。
来源:Chen J et al. · Neural regeneration research · CC BY-NC-SA
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移除细胞,任务表现也随之下降
内侧隔区中,胆碱能、谷氨酸能和GABA能细胞交织在一起,都会向海马发送信息。不同类型的细胞可能改变不同的网络活动,因此团队把操控聚焦到胆碱能群体。关联还不足以说明这群细胞是否影响任务表现。团队在另一组小鼠中选择性消融内侧隔区胆碱能细胞,隔区标记大幅减少,邻近纹状体的胆碱能细胞标记保持相近。
没有采用前面的癫痫造模,这些小鼠的两个物体任务辨别指标仍然下降。失去这一群体本身,就足以产生相似的任务困难,使研究从病理并存走向细胞功能的直接检验。
来源:Chen J et al. · Neural regeneration research · CC BY-NC-SA
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剩余的细胞,仍能支持表现改善
细胞标记减少以后,剩余细胞能否发挥作用?在慢性海人酸模型中,增强隔区胆碱能细胞活动,两种物体任务的辨别指标都比模型状态提高,与基线比较未见显著差异。
这里的改善体现为已有神经群体活动增强后的任务变化,并不是重新长出了已经缺失的细胞。结果让研究进一步检验,这种变化能否在另一种癫痫模型中出现。
来源:Chen J et al. · Neural regeneration research · CC BY-NC-SA
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另一种模型里,改善也有任务差别
在海马点燃模型中,研究改用快速激活,在行为测试期间增强同类细胞活动。物体位置任务表现改善,与基线相近;新物体识别指标同样提高,而且高于基线。两种任务的变化并非完全一致。
两种模型、不同时间尺度的激活,都让任务表现向更高的辨别指标移动。共同方向支持隔区胆碱能细胞参与这些行为,但任务之间的幅度差异也提示,识别偏好包含不止一个过程。
来源:Chen J et al. · Neural regeneration research · CC BY-NC-SA
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海马乙酰胆碱,为连接补上功能证据
独立的传感器记录显示,激活内侧隔区胆碱能细胞时,背侧海马的乙酰胆碱相关荧光升高。它与模型中乙酰胆碱降低的观察呼应,把细胞群活动与远端递质变化联系起来。
这条连接提供了机制候选:乙酰胆碱可能参与改善任务表现。研究尚未通过阻断某类海马受体来检验这一步,也未直接追踪记忆改善中的突触可塑性或网络振荡变化。
来源:Chen J et al. · Neural regeneration research · CC BY-NC-SA
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从临床线索,走到可检验的细胞贡献
患者影像提出问题,雄鼠细胞消融和激活实验提供功能证据。这两层观察分别涉及临床记忆评分与小鼠物体探索任务,彼此联系,却有各自的测量范围。
研究把癫痫后的记忆相关困难,进一步追到海马之外的一群调节细胞。尤其值得关注的是,细胞标记减少并不意味着剩余网络完全失去调节能力;在受测模型中,增强这股输入仍能改变行为表现。