【文献解读】转眼就忘了？如何把短期记忆变成长期记忆—— 鼻周皮层到新皮层第一层的投射调节学习记忆

海马与皮层之间的信息交流方式影响记忆的稳定性。长期以来人们一直认为长期记忆存储在新皮层中，而长期记忆是否能存储取决于海马和内侧颞叶的功能。短期记忆的加工与存储依赖于海马和内侧颞叶，然后将信息传递到新皮层形成长期记忆。但是长期记忆存储在什么地方，长期记忆存储依赖于何种类型的神经元都是未知的。近期有研究发现，在不依赖海马的学习记忆过程中，初级感觉皮层（primary somatosensory cortex, S1）的活性与记忆存储相关。

研究人员对感觉皮层第一层（S1 layer 1, L1）进行逆行示踪，发现鼻周皮层（perirhinal cortex，PRh）为 L1 的上游脑区，接着在 PRh 注射 AAV 顺行示踪病毒，确认 PRh-S1 投射的存在。下一步研究需要确定该投射是否与记忆存储有关，研究人员采用微电流刺激相关训练，建立微电流刺激、舔舐和奖赏记忆之间的联系。在微电流刺激前后采用双光子观察投射到 L1 的 PRh 神经元轴突钙信号，发现在只有糖水的时候钙信号不会增加；而给予微电流刺激后，钙信号微弱的增加；而一旦建立起微电流刺激和奖赏的联系，钙信号明显增加。因此研究人员采用化学遗传抑制 PRh-S1 投射，发现抑制该投射能降低减弱小鼠奖赏相关记忆的获得。
 

Fig1. 奖赏关联记忆的获得依赖于 PRh-S1 的神经投射

接着研究人员采用近细胞的记录方式，发现在获得奖赏关联记忆的过程中，PRh 脑区神经元的放电频率和爆发式放电的次数明显增加，而在没有获得奖赏关联记忆的小鼠中并无这一现象。同样在 S1 脑区的记录过程中也发现神经元放电的增强，而给 CNO 抑制 PRh-S1 脑区的投射，明显减弱 S1 脑区神经元放电。使用光纤钙成像的研究手段，发现获得奖赏关联记忆过程中 S1 脑区神经元钙活动明显增加，而 CNO 抑制 PRh-S1 脑区的投射减弱 S1 脑区神经元的钙信号。
 

Figure 2. 奖赏关联记忆增强 PRh 脑区和 S1 脑区神经元的活性

接着研究人员对树突位于 L1 的锥体神经元（Layer 5, L5 神经元）进行近细胞记录，发现在奖赏关联记忆形成过程中，锥体神经元对奖赏相关微刺激有三种不同的响应模式，即 11% 的细胞放电频率显著增加，40% 的细胞放电频率显著抑制，还有 49% 的细胞始终没有响应。对 S1-L1 的树突钙活动进行分析，也发现了类似的现象。用巴氯芬抑制树突钙活动后，动物的学习记忆能力出现损伤，说明树突活性增加是学习记忆所必须的。激活 SST 中间神经元抑制 L5 锥体神经元树突活性也能损伤动物奖赏关联记忆的获得。
 

Figure 3. 奖赏关联记忆增强依赖于 L5 锥体神经元的顶端树突活性

为了验证在奖赏关联记忆过程中 S1 脑区 L5 锥体神经元的放电是否会影响记忆的巩固。研究人员采用微小电刺激来影响单个 L5 神经元的放电，通过实验诱导 S1 脑区 L5 单个神经元的爆发式放电，能明显增加小鼠奖赏关联记忆的获得。