《Neuron》：重建新海马印迹用于系统再巩固和远程记忆更新
《Neuron》：重建新海马印迹用于系统再巩固和远程记忆更新
在记忆研究领域，科学家们一直致力于探索远程记忆（即长期记忆）是如何被更新和整合的。最近，一篇发表在《Neuron》期刊上的研究论文为我们揭示了这一过程的关键机制。研究团队通过开发新的实验工具和成像技术，发现远程记忆在重新激活时会招募新的海马印迹细胞，这一过程需要成年神经发生的支持，并且前额叶皮层通过调节海马体和杏仁核的活动来实现记忆更新。这一发现不仅深化了我们对记忆机制的理解，也为治疗记忆相关疾病提供了新的思路。
海马活动在系统再巩固中的作用
研究团队首先探讨了海马活动在远程记忆回忆引起的海马重新参与中的涉及程度。小鼠经历了情境条件恐惧（CFC），然后在CFC后21天回忆远程情境恐惧记忆，这重新激活了前额叶皮层（mPFC）中的记忆印迹，随后在原始情境（O-Ctx）或泛化情境（G-Ctx）中进行记忆测试。作者以光遗传学方式抑制背侧齿状回（dDG）活动。
在正常的远程回忆后（第21天），在O-Ctx和G-Ctx中抑制dDG活动会显著损害记忆表现，反映海马的重新参与。为了研究海马在远程回忆引起的重新参与中的作用，作者接下来在远程记忆回忆期间阻断了海马活动。通过这种操作，作者发现在远程回忆后的测试中（第22天）抑制dDG活动并不影响记忆检索，表明重新参与被阻止。抑制海马确实导致记忆在新皮层中保留而不是海马重新参与，在正常的系统重新整合后，抑制mPFC活动并不影响O-Ctx或G-Ctx中的后续测试，但在远程记忆回忆期间抑制海马活动时损害了记忆。作者的数据支持在系统重新整合后海马的重新参与。
系统再巩固过程中海马中新记忆印迹细胞群的募集
基于这些发现，作者接下来研究重新激活的海马记忆中编码的神经印迹细胞群的起源。作者通过一种新的c-Fos驱动的三重事件标记系统（Fos-Tree），结合两个基于c-Fos的标记系统：TetTag系统和靶向活跃群体的重组（TRAP）系统，来可视化在训练、远程回忆和回忆后测试这三个不同事件中激活的记忆印迹。作者发现，O-Ctx中回忆后测试显著地重新激活了回忆招募的神经元。这表明系统再巩固过程中招募了一个新的海马印迹细胞群，用于随后的记忆测试。相比之下，在前额叶皮层（mPFC）中，回忆后测试没有重新激活训练招募的或远程回忆招募的神经元。
从训练到系统再巩固dDG中c-Fos的双光子体内成像
为了进一步证明在系统重新整合期间海马中招募了新的细胞群，作者对fosGFP转基因小鼠的背侧齿状回颗粒细胞层进行了纵向双光子活体成像。在小鼠经历训练、远程回忆、回忆后测试和新情境探索后，通过双光子成像评估dDG中fosGFP的表达（图2G）。作者的分析揭示了在训练期间激活的神经元很少在远程回忆或回忆后测试期间被重新激活，但是远程回忆激活的神经元中有相当一部分在回忆后测试中被重新激活。远程回忆在dDG中招募了一个新的细胞群，该细胞群在随后的回忆后测试中被重新激活（图2H-2L）。
远程回忆招募的海马记忆印迹负责重新整合的远程记忆
接下来，作者验证了在背侧齿状回（dDG）中远程回忆招募的新细胞群在记忆检索中的功能特性。作者首先通过结合Fos-Tree系统和两种光遗传学抑制工具进行功能丧失实验。在dDG中抑制训练招募和远程回忆招募的细胞群（图3A-3D）。在回忆后测试期间，抑制训练招募的细胞群对冻结行为没有影响，而抑制远程回忆招募的细胞群显著减少了冻结行为（图3E-3F）。
作者在远程记忆回忆期间激活的dDG神经元或在没有电击的环境中表达光遗传学激活工具hChR2（图3G-3I）。作者的结果表明，激活远程回忆招募的细胞群，而不是中性环境招募的细胞群，显著在新环境中诱导恐惧记忆（图3J-3K）。作者确定在系统重新整合期间招募了一个新的海马记忆印迹，并且它负责随后的回忆。
系统重新整合是新信息记忆更新的基础
上述发现引发了一个紧迫的问题，即远程记忆回忆如何导致新的海马记忆印迹的形成。作者想要测试新的印迹是否通过回忆诱导的记忆更新范式，结合过去的经历和当前感知的新情境信息来重建。因此，作者首先开发了一个行为范式，测试在系统重新整合期间是否可以整合新的情境信息，将条件化的小鼠置于与训练情境相似但有一些变化的情境中，其中测试的小鼠可以成功检索远程记忆。在远程记忆回忆后的第二天，小鼠在更新情境（U-Ctx）或原始情境（O-Ctx）中接受连续测试。作者发现，在U-Ctx中回忆远程记忆导致在随后的回忆后测试中，U-Ctx的记忆表现甚至高于O-Ctx，这表明新的情境信息被整合到了重构的记忆中。在中性情境中回忆而没有检索远程记忆不能在测试小鼠中诱导恐惧记忆，这表明远程记忆的重新激活是更新原始记忆所必需的。因此，作者的数据阐明了新招募的海马记忆印迹在系统重新整合中的作用，使动物能够将新信息整合到巩固良好的远程记忆中。
学习后海马成年神经发生对远程记忆更新至关重要
考虑到成年海马神经发生介导了最初形成的海马记忆印迹的遗忘，以及新生神经元可能支持新记忆的形成，作者检测了系统重新整合期间成年神经发生在新印迹招募中的作用。在系统重新整合期间阻断神经发生后，测试小鼠观察到远程记忆回忆后重新整合诱导的非泛化缺失，表明成年海马神经发生对系统重新整合介导的记忆更新的必要性。接下来，作者检测了成年新生神经元在系统重新整合印迹中的参与。在远程回忆期间抑制新生神经元或在重新整合后的测试期间抑制它们。结果阻止了系统重新整合期间的情境特异性恢复，并且在回忆后测试期间抑制新生神经元也使测试小鼠表现出泛化记忆。这些发现表明，新生神经元在系统重新整合期间的参与对于在远程记忆更新期间恢复情境特异性至关重要。为了调查这种新印迹细胞的招募是否依赖于成年海马神经发生，作者利用TRAP2转基因小鼠在系统重新整合期间追踪训练招募的神经元。一致地，在系统重新整合期间用新情境信息更新记忆也要求成年神经发生。总体而言，海马中新神经元的生成为新记忆印迹的重建提供了基础。
从前额叶皮层到海马和基底外侧杏仁核的投射介导系统重新整合
接下来，作者关注这种新的情境印迹是如何整合到远程记忆的印迹网络中。作者首先通过绘制海马和前额叶皮层之间的连接来获得这个问题的初步见解。作者通过光遗传学工具验证了前额叶皮层和dDG之间的连接。抑制单突触投射到dDG的前额叶皮层神经元后，显著阻碍回忆诱导的记忆非泛化，表明这一投射的活动在系统重新整合中扮演着关键角色。
这一发现提出了一个观点，即远程记忆回忆同步激活其情感编码印迹细胞群，这些细胞群定位于基底外侧杏仁核（BLA），并通过这一投射激活回忆招募的新海马印迹，以实现记忆更新。为了测试这一观点，作者设计了一个行为范式，结合两种抑制策略：同时抑制（SI）和交替抑制（AI）。SI允许在无抑制的时间窗口内BLA和dDG之间可能的协调活动，而AI则阻止它们的协调活动。作者将表达光遗传学抑制工具的AAV注入BLA和dDG，并在这些区域上方植入光纤进行操作。作者发现，在AI下，G-Ctx中的记忆泛化得以保留，表明系统重新整合失败。相比之下，在SI和对照组中，海马记忆恢复。作者的数据表明，海马和BLA之间的协调活动在系统重新整合中扮演着关键角色。
结论
在这项研究中，作者的数据揭示了远程记忆可以通过在系统重新整合期间重建一个新的海马记忆来更新。这样的过程为将新经历的信息整合到记忆印迹网络中提供了基础，允许动物根据它们当前的状态更新远程记忆。在这个模型中，当在记忆回忆期间提供了正确的情境信息，记忆将用精确的信息进行更新，这与系统重新整合后观察到的记忆非泛化现象一致。相反，当在回忆情境中引入新信息时，这种错误信息被整合到记忆印迹中（图7）。作者的模型为人类研究中观察到的回忆诱导的虚假记忆提供了一个潜在的机制，并为远距离记忆相比新形成的记忆更容易受到记忆扭曲的高易感性提供了一个可能的解释。