发现神经元集合活动协调代表一种记忆

大脑通过一个被称为记忆印记细胞的神经元集合来存储记忆。建立了一种独特的系统，利用荧光蛋白将神经元种群活动转移到光中，并区分印迹细胞和非印迹细胞。通过使用这个系统，我们发现记忆子集合代表了不同的信息片段，然后这些片段被精心安排构成了一个完整的记忆。此外，一些次级组合在学习后睡眠中会优先重现，而这些重新播放的次级组合更有可能在提取过程中被重新激活。

由日本富山大学Noriaki Ohkawa博士(讲师)和Kaoru Inokuchi教授指导的一个研究小组成功地建立了一个系统来研究细胞集合获得记忆的特征活动，以及大脑中经历了新事件的记忆表征和巩固的可视化方式。

我们在生活中接触到许多偶发事件，然后记住它们的信息。这种记忆，情景记忆，在大脑的几个区域中被处理，其中一个区域就是海马体。人们认为，在海马体中，一个特定的情景记忆被存储在神经元中，并从神经元中提取系综组成的神经元被称为记忆细胞，在学习过程中被激活。的确，记忆印记细胞集合的激活或抑制分别诱导或抑制记忆检索;因此，印记细胞集合代表了特定记忆痕迹的生理表现。

然而，一个情景记忆是由多个情景组成的，每个情景记忆都应由特定的基质编码，如记忆子集合。然而，由于技术上的限制，尚不清楚这些印记细胞的活动是如何组装来代表相应的事件的，这意味着很难区分印记细胞和非印记细胞的群体活动。

来解决一个情景记忆在印记细胞集合中被表示和巩固，必须可视化印记细胞和非印记细胞的活动。因为与记忆形成相关的神经活动诱导了c-fos基因的表达，而c-fos基因的表达又在c-fos启动子的控制下诱导了活性依赖的tTA表达，印记细胞可以特异性地靶向于c-fos-tTA小鼠。在没有强力霉素的情况下，tTA可以与四环素响应元件(TRE)结合，使其下游表达为四环素依赖的转基因(图1a)。

当神经元激活时，Ca2+就会流入它们的躯体。Thy1-G-CaMP7小鼠在小鼠海马CA1的锥体神经元中表达一种Ca2+指示剂G-CaMP7。因此，神经元活动被转移到G-CaMP7荧光，称为Ca2+成像。我们开发了一种结合了头戴微型荧光显微镜和Thy1-G-CaMP7/c-fos-tTA双转基因小鼠的技术。在TRE控制下，将表达荧光蛋白Kikume Green Red (KikGR)的LV注射到双转基因小鼠海马CA1区(图1a和1b)。使用这种方法，可以用KikGR识别印记细胞，在经历一个新的事件时，可以追踪与印记细胞和非印记细胞活性相对应的Ca2+信号(图1c和1d)。

实验结果表明，记忆细胞群在新事件发生时表现出高度重复活动的特征。为了解决一个记忆的组成部分，提出将人口活动解构为亚集合组。非负矩阵分解(NMF)将种群活动分解为共激活的神经元系综的时间序列(图2a)。每个子集合由不同的细胞组成，这些细胞在空间上相互混杂(图2b左)，即使是在与单个事件相关联的记忆体细胞群中(图2b右)，它们也能同步活动。这些结果表明，一个事件的全部信息被构造成子印记集合。

为了测量不同记忆加工阶段的记忆记录细胞的活动，我们记录了从新经历到经历后睡眠再到提取的Ca2+瞬变。在记忆记忆中，出现在一次新经历中的亚组群约有40%在经历后睡眠时被激活，然后在检索过程中优先出现，而在非记忆记忆中几乎没有一个亚组群没有这种特征。因此，在新体验中形成的、在睡眠阶段被重新激活的记忆碎片亚群，大多在检索阶段被重新激活(图3)。相比之下，在新体验中被激活的大多数非记忆碎片亚群，在随后的阶段没有被重新激活。

本研究报告的结果表明，印记细胞具有同步活性，由印记细胞群中的几个亚群形成。只有在记忆的痕迹细胞这种同步的活动是否能在学习后的睡眠阶段中幸存下来，有助于巩固过程。目前的工作阐明了集成活动和编码原则之间的关系学习和内存。

---

---