海马体在两种记忆功能中的作用被揭示

一项针对大鼠的研究首次梳理了海马体在两种记忆功能中的作用 – 一种是记住时间，地点和所做的事情之间的联系，另一种是允许人们根据过去的经验预测或计划未来的行动。

这一突破表明，这两个编码在海马体中的记忆任务是可以分开的。这一发现对有朝一日治疗痴呆和阿尔茨海默病中发现的记忆和学习问题具有重要意义。

这项名为“关联和预测海马代码支持记忆引导行为”的研究于10月20日发表在《科学》杂志上，该研究使用先进的光遗传学技术来禁用一种类型的记忆，同时保持另一种记忆。

“我们发现两种不同的神经代码支持记忆和认知的这些非常重要的方面，并且可以像我们在实验中所做的那样解离，”神经生物学和行为助理教授Antonio Fernandez-Ruiz以及艺术与科学学院（A&S）生命科学的Nancy和Peter Meinig家庭研究员说。神经生物学和行为学（A&S）助理教授Azahara Oliva是该研究的主要合作者和合著者。

一种类型的神经代码控制着联想的能力，例如记住苹果是在附近的杂货店出售的。另一种类型是预测性的，涉及灵活使用记忆来计划新行为的能力;例如，如果您总是沿着相同的路线前往商店，但有一天道路关闭了，则可以使用内部记忆的邻域地图来预测新路线。

到目前为止，没有人知道海马体如何支持这些功能，以及两者之间是否存在任何关系。

在这项研究中，研究人员开发了一种系统，该系统使用放置在大鼠大脑中的许多电极来跟踪许多神经元的活动，同时大鼠从事某种行为。然后，研究小组使用光遗传学非常精确地控制神经元的活动。为此，研究人员将一种病毒注射到大鼠的大脑中，这种病毒会感染神经元，因此它们表达一种人造蛋白质，当光线照射在大脑内时，这种蛋白质可以激活或沉默（取决于蛋白质的类型）。研究人员调整了这种方法，以选择性地扰动一组神经元，但不是完全沉默。通过这种方式，它们可以影响某些神经元，同时不会改变大脑的一般特性。

他们使用这种方法来扰乱海马体中参与学习新任务的区域，例如从A点到D点。当大鼠沿着新环境移动时，神经元会编码里程碑 – 例如大鼠在B点向左移动，在C点向右移动，到达D点，在那里有奖励。

“这一系列步骤在大脑中被编码为一系列细胞放电，”Fernandez-Ruiz说。“我们将来记住这一点的方式是，当我们睡觉时，相同的活动序列被重播，因此编码[路径]的相同神经元将以相同的顺序触发。

通过扰动海马体的一个区域，研究人员能够扰乱沿着该路径放电的神经元序列。睡觉时，神经元无法按顺序放电以巩固记忆。老鼠可以记住A点和D点的位置，但从一个点到另一个点的路径丢失了。通过这种方式，记忆的关联方面得以保留，但其预测部分丢失了。

在一项实验中，患有受干扰海马体的老鼠必须每天探索迷宫并找到一条新路径来收集奖励。“这种行为要求它形成地图，需要规划和预测能力，并记住它来指导它的运动，”费尔南德斯 – 鲁伊斯说。随着对海马体的操纵，老鼠不记得如何获得奖励。

在第二个实验中，大鼠必须学会将环境中的特定位置与奖励联系起来。当预测能力受损时，这种联想记忆保持不变。研究人员证明他们可以解耦这两种类型的记忆。

这些发现对治疗阿尔茨海默病和其他形式的痴呆具有意义，在这些中，患者在海马体中经历神经变性以及记忆和导航问题。

“通过观察患者发生哪种类型的记忆缺陷，”Fernandez-Ruiz说，“我们可以尝试推断哪种类型的潜在神经元机制受到了损害，这将有助于我们开发更有针对性的干预措施。

研究生Can Liu和博士后研究员Ralitsa Todorova是共同第一作者，博士后研究员Wenbo Tang是共同作者，都是大脑计算实验室的成员，由Fernandez-Ruiz和Oliva共同领导。

这项工作得到了美国国立卫生研究院，阿尔弗雷德·P·斯隆基金会，白厅基金会，克林根斯坦慈善基金会，施密特期货，菲利普基金会和克拉曼家庭基金会的支持。