神经科学分子发现一种细胞途径，通过加强特定突触来编码存储器

麻省理工学院神经电影分子已经发现了一种允许特定突触在内存形成期间变得更强的细胞途径。该发现提供了第一次瞥见分子机制，通过该分子机制在称为CA3的海马区域中编码长期存储器。

研究人员发现，一种名为Npas4的蛋白质控制着CA3神经元和海马齿状回神经元之间的连接强度。这种蛋白质以前被认为是由神经元活动触发的基因表达的主控制器。没有Npas4,长期记忆不能形成。

“我们的研究识别了一个经验依赖的突触机制内存在CA3中编码，并提供了选择性地控制它的分子途径的第一个证据，“脑和认知科学副教授和麻省理工学院麦格森大脑研究所的成员，盈溪林。

林是该研究的高级作者，它出现在2月8日问题神经元。该论文的主要作者是麦戈文研究所研究科学家冯菊(Eddie)翁。

突触强度

神经科学家早就知道，大脑通过改变突触强度或神经元之间的连接来编码记忆。这需要突触前神经元(发送事件信息)和突触后神经元(接收信息)中许多蛋白质的相互作用。

CA3区域的神经元在情境记忆的形成中起着关键作用，情境记忆是将事件与发生地点或其他情境信息(如时间或情绪)联系在一起的记忆。这些神经元从三种不同的路径接收突触输入，科学家们推测其中一种来自齿状回的输入对于编码新的上下文记忆至关重要。然而，这一信息是如何编码的机制尚不清楚。

在2011年发表的一项研究中，林和同事发现NPAS4，在新经验之后立即打开的基因似乎是作为该计划的主控制器基因表达长期记忆形成所需。他们还发现，NPAS4在学习期间在海马的CA3区域中最活跃。已知快速上下文学习所需的此活动已需要，例如在称为上下文恐惧调理的类型中需要。在调理过程中，小鼠在进入和探索特定腔室时接受温和的触电。在几分钟之内，小鼠学会害怕房间，下次进入它时，他们会冻结。

当研究人员去除Npas4基因后，他们发现老鼠不记得可怕的事情。他们还发现，当他们只敲除海马CA3区域的基因时，也有同样的效果。然而，如果将海马体的其他部分排除，则对记忆没有影响。

在这项新的研究中，研究人员对Npas4如何发挥其作用进行了更详细的探索。Lin的实验室之前开发了一种方法，可以用荧光标记在恐惧条件反射中被激活的CA3神经元。使用同样的恐惧条件反射过程，研究人员表明，在学习过程中，CA3神经元的某些突触输入会增强，但其他的不会。此外，这种强化需要Npas4。

选择性地加强的输入来自另一部分海马体叫做齿状回。这些信号传递了关于可怕经历发生地点的信息。

没有NPAS4，来自牙齿回到CA3的突触未能加强，小鼠无法形成事件的回忆。进一步的实验表明，需要专门用于存储器编码的强化，而不是用于检索已经形成的存储器。研究人员还发现，NPAS4损失不会影响CA3的突触输入神经元从其他来源接收。

突触的维护

研究人员还确定了Npas4控制的基因之一，该基因对突触强度产生影响。这种被称为plk2的基因参与了突触后结构的收缩。Npas4打开plk2，从而减少突触的大小和强度。这表明Npas4本身并不会加强突触，而是将突触维持在一种必要时可以加强的状态。没有Npas4，突触变得过于强大，因此无法通过进一步强化它们来诱导记忆编码。

“当你取出NPAS4时，突触强度几乎饱和，”林说。“然后在学习发生时，尽管可以荧光地标记内存编码单元，但您不再看到加强这些连接。”

在未来的工作中，林希望研究电路如何连接牙齿回归到CA3与内存检索所需的其他途径相互作用。“以某种方式在不同的路径之间存在一些串扰，因此一旦存储了信息，就可以通过其他输入检索，”她说。

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