你是否曾在一個星期一的早上,，絞盡腦汁得回憶你的車鑰匙放在哪了,。如果找到了，那你就該感謝一下你的海馬了,。海馬是大腦中的一個重要結(jié)構(gòu),，負責(zé)對不同環(huán)境的記憶進行編碼和提取，比如你把你的車鑰匙忘在了房間的某個角落,。
如今,，索爾克（Salk）生物研究所的科學(xué)家們幫我們解釋了，大腦如何記憶生活中紛繁復(fù)雜的境況,。他們發(fā)現(xiàn)了海馬齒狀回如何對相似的事件和環(huán)境進行分離,，并把結(jié)果發(fā)表在了3月20日的eLife上,。研究闡釋了大腦如何編碼并區(qū)分不同的記憶,，這也有助于解釋像阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病如何剝奪人們的這些功能。
索爾克研究所老年性神經(jīng)退行性疾病研究的主席,，該論文的資深作者Fred H. Gage說："從把車停哪兒了,，到把手機放哪兒了，我們每天都得記住今天和昨天的事情之間的微小區(qū)別,。我們發(fā)現(xiàn)海馬的齒狀回區(qū)域,，會對每個外界環(huán)境做獨立的記錄。大腦正是通過儲存這些記錄,，來辨別不同事物的細微差別,。"
將一個復(fù)雜記憶的組成分離，并轉(zhuǎn)換成獨特而不容易混淆的記憶表示,，這一過程稱為模式分離,。腦功能的理論計算模型認為，海馬的齒狀回在執(zhí)行模式分離時,，會隨著動物所處環(huán)境的改變,，而激活不同的神經(jīng)元群,，每一種神經(jīng)元組合負責(zé)對一種環(huán)境的記憶。
然而,，之前的一些實驗室研究發(fā)現(xiàn),，不同的環(huán)境會激活海馬齒狀回的同一群神經(jīng)元，但這些神經(jīng)元會通過改變電脈沖的發(fā)放速率,，來達到分辨不同環(huán)境的目的,。這一實驗結(jié)果與理論預(yù)測相矛盾，不僅迷惑了神經(jīng)科學(xué)家們,，也模糊了我們對記憶形成與提取的認識,。
為了更加深入的探究這個謎團，索爾克研究所的科學(xué)家們利用實驗室的技術(shù),，追蹤神經(jīng)元在多個時間點的電活動,，來比較小鼠海馬齒狀回區(qū)域與海馬CA1區(qū)域的功能。
首先,，研究人員把小鼠從原來的箱子拿出來,，放到新的箱子里學(xué)習(xí)新的環(huán)境（場景1）。期間,，他們記錄了海馬中對新環(huán)境產(chǎn)生反應(yīng)的神經(jīng)元,。在結(jié)束學(xué)習(xí)一段時間之后，小鼠要么被放回場景1 的箱子來檢測舊環(huán)境記憶的提取,，要么被放到另一個有細微差別的新箱子（場景2）,，來檢測對新環(huán)境的辨別能力。在場景2中被激活的神經(jīng)元同樣會做上標記,，以便確定場景1中激活的神經(jīng)元,，是否會在舊環(huán)境（場景1）記憶提取和新環(huán)境（場景2）識別中再一次被激活。
當研究人員比較了兩個場景中的神經(jīng)元電活動后,，發(fā)現(xiàn)齒狀回與CA1的亞區(qū)功能迥異,。在CA1中，那些在場景1的學(xué)習(xí)中被激活的神經(jīng)元,，在小鼠之后的舊環(huán)境記憶提取的測試中會被再一次激活,。與之相反，齒狀回則由兩群不同的神經(jīng)元分別參與學(xué)習(xí)和提取兩個過程,。當然,，齒狀回在辨別細微差別的新環(huán)境時，還會激活另外一群神經(jīng)元,。
該論文的第一作者,，索爾克研究所的博士后，Wei Deng說："這一發(fā)現(xiàn)支持了理論模型的預(yù)測,。該模型認為,，相似但不同的環(huán)境會激活不同的神經(jīng)元群,。而之前研究的矛盾結(jié)果，可能是因為他們觀察了齒狀回上的其他一些神經(jīng)元,。
索爾克研究者們的發(fā)現(xiàn)表明,，當進我們行回憶時，比如鑰匙放哪里了,，并不一定會再次激活編碼該記憶時所用的神經(jīng)元,。而且，海馬齒狀回在執(zhí)行模式分離時,，會使用不同的神經(jīng)元群來表示相似但不同的記憶,。這一結(jié)果進一步闡釋了記憶形成的機制，也有助于解釋一些由于神經(jīng)系統(tǒng)損傷和疾病導(dǎo)致的問題,。（生物谷Bioon.com）
DOI: 10.7554/eLife.00312
Selection of distinct populations of dentate granule cells in response to inputs as a mechanism for pattern separation in mice
Wei Deng, Mark Mayford, Fred H Gage
The hippocampus is critical for episodic memory and computational studies have predicted specific functions for each hippocampal subregion. Particularly, the dentate gyrus (DG) is hypothesized to perform pattern separation by forming distinct representations of similar inputs. How pattern separation is achieved by the DG remains largely unclear. By examining neuronal activities at a population level, we revealed that, unlike CA1 neuron populations, dentate granule cell (DGC) ensembles activated by learning were not preferentially reactivated by memory recall. Moreover, when mice encountered an environment to which they had not been previously exposed, a novel DGC population—rather than the previously activated DGC ensembles that responded to past events—was selected to represent the new environmental inputs. This selection of a novel responsive DGC population could be triggered by small changes in environmental inputs. Therefore, selecting distinct DGC populations to represent similar but not identical inputs is a mechanism for pattern separation.
