Nature：多感官学习将神经元结合成一个跨模式的记忆印记

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题目：Multisensory learning binds neurons into a cross-modal memory engram

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年4月26日

通讯作者单位：牛津大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06013-8

主要内容：

多感官信息提高了随后的记忆表现。在果蝇中，学习通过大脑中的神经元网络重新安排活动，从而使多感官经验的单个组成部分能够触发对整个事件的记忆检索。因此，对经验的综合和个别部分的记忆表现都得到了改善。

从受控实验室实验中的昆虫和啮齿动物，到课堂上的儿童，对涉及多种感官的感官体验的记忆比对只涉及一种感官模式的体验的记忆要强。多感官学习对记忆的益处对教育策略有影响。以前的工作表明，这种记忆的改善可能来自于针对各种感觉模式的大脑区域或神经元细胞之间的互动。该研究还提出，多感官学习可以增加对一种以上感官模式作出反应的神经元的比例。然而，对于多感官学习的好处，一直缺乏一个机械性的解释。确定这一现象的神经基础代表了理解多感官记忆是如何形成的，以及这些记忆的复杂性是如何被部分提醒所检索的关键一步。

作者用果蝇来研究这个问题，因为它的大脑含有相对较少的神经元，而且这些神经元可以被遗传定位。作者设计了一个多感官学习范式，在这个范式中，果蝇学习将一种气味、一种颜色或一种气味-颜色组合与奖励联系起来。与单独的气味或颜色相比，果蝇更善于学习将奖赏与气味-颜色组合联系起来，这表现在对含有先前与奖赏相关的气味和/或颜色的管子的偏好上，而不是对含有非奖赏相关的气味和/或颜色的管子的偏好。

然后，作者使用了一种有针对性的基因方法来操纵特定神经元的活动，同时让果蝇学习这些联想，或者让果蝇重新接触学习到的气味、颜色或组合（即在记忆检索期间）。这使作者能够评估这些特定的神经元如何促进多感官学习的益处。通过使用神经元活动的基因编码传感器，作者监测了训练后这些神经元的活动是否发生了变化，以解释多感官学习所带来的记忆增强（图1）。对感觉学习所依据的大脑区域的详细线路图的分析，为神经元网络的连接性如何能介导所观察到的生理和行为现象提供了解释。

作者发现，在多感官训练后，视觉选择性神经元开始对先前奖励相关的气味作出反应，而气味选择性神经元则被先前奖励的颜色激活。因此，多感官学习对每种训练方式的记忆的益处需要编码其他方式的神经元的输入：视觉记忆的检索依赖于气味神经元，嗅觉记忆的检索依赖于视觉神经元。作者在一个产生神经化学分子5-羟色胺的大型神经元中发现了微循环路线；通过这些路线，与一种模式有关的神经活动可以激活代表另一种模式的神经元，方法是导致刺激称为5-羟色胺2A型受体（5-HT2A受体）的膜蛋白。

作者的研究结果使作者得出结论，多感官学习 "重新规划 "了神经元网络，使每个刺激都能检索到对其他刺激的记忆。因此，这种重新路由是在哺乳动物中观察到的 "模式完成 "现象的果蝇等价物的基础，据此，一个经验的部分提醒可以激起对整个经验的记忆检索。

作者认为，作者的工作可能揭示了在不同动物间进化保存下来的神经回路操作的一般原则。然而，作者的工作只确定了果蝇通过训练连接感觉信息的神经元解决方案，作者承认在其他物种中细节可能有所不同。鉴于作者在果蝇中发现的5-羟色胺依赖性感觉结合机制，耐人寻味的是，精神分裂症和自闭症患者显示出整合多感官信息的能力下降，而这两种情况都与5-羟色胺信号和5-HT2A受体的功能障碍有关。

未来的工作可以确定形成模式选择性神经元之间的微循环桥梁的精确可塑性机制，也可以确定这些桥梁是如何运作的，以实现刺激特异性和双向性。确定其他感觉模式是否可以结合在一起成为多感觉记忆也将是很有趣的。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06013-8

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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