约翰霍普金斯医学院的研究人员利用先进的脑成像技术激活了小鼠体内的特定记忆回路，导致小鼠在没有任何真正庇护所的情况下寻找庇护所。这项研究不仅加深了我们对大脑记忆结构的理解，还为治疗与阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病相关的记忆丧失提供了潜在的见解。
光片显微镜 3D 图像显示来自腹侧被盖区（绿色）的多巴胺能递质输入（与奖励和动机相关的中脑结构）和来自腹侧海马体（红色）的谷氨酸能输入（位于大脑深处的区域，有助于导航）汇聚到伏隔核。图片来源：Kanghoon Jung
约翰霍普金斯大学的研究人员重新激活了老鼠的记忆回路，导致它们即使在没有威胁或庇护所的情况下也会寻找庇护所。这一发现可能为研究和治疗人类记忆丧失（包括阿尔茨海默病）带来新方法。
约翰霍普金斯医学院的神经科学家表示，他们利用先进的脑成像系统成功重新激活了小鼠体内的特定记忆回路，使得小鼠在实际上没有庇护所的情况下寻找庇护所。
研究人员表示，这项研究于 9 月 27 日发表在 《自然神经科学》杂志上，它推动了人们对哺乳动物大脑记忆结构的理解。这些发现有朝一日可能会为减缓或预防阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病伴随的记忆丧失提供新方法。
具体而言，研究小组发现，刺激小鼠大脑两个区域的神经元——伏隔核，也称为大脑的“愉悦中心”，负责传递多巴胺依赖性行为，以及背侧中脑导水管周围灰质 (dPAG)，负责防御行为——重新激活“空间记忆”，并导致小鼠寻找庇护所。
“当我们人为地重新激活大脑中的记忆回路时，它会触发老鼠做它自然所做的事，即使没有导致它们寻求庇护的恐惧刺激。”资深作者、约翰霍普金斯大学医学院神经科学副教授 Hyungbae Kwon 博士说。
绘制与空间记忆相关的大脑功能科学家们表示，他们的目标是找出大脑的哪些区域负责导航周围环境，这是包括人类在内的哺乳动物的高级认知功能。因此，这些测试大脑认知功能是否可以随机重现的实验可能有助于理解其他哺乳动物的行为、感知和感知环境的方式。
在新的实验中，研究人员首先让实验室小鼠在一个角落有遮蔽物的盒子里探索周围环境。研究小组放置了一系列视觉提示，包括不同颜色的三角形、圆形和条纹，以帮助小鼠根据附近的地标找到遮蔽物。小鼠在七分钟内适应了该区域，进出遮蔽物。
然后，研究人员添加了视觉或听觉的迫近信号，促使它们寻找庇护所——同时也形成了相对于它们的位置和视觉提示的空间记忆。
为了选择性地标记庇护所记忆神经元，研究人员使用了一种名为 Cal-light 的光激活基因表达开关系统，该系统由 Kwon 于 2017 年开发。一旦科学家在伏隔核中识别出这些神经元，他们就会开启与它们相关的基因表达，重新激活小鼠的寻求庇护记忆，同时激活 dPAG 中的神经元。
反过来，当原来的威胁和庇护所都不存在时，老鼠就会寻找箱子里曾经有庇护所的区域。
为了达到这一目的，研究人员首先选择性地激活伏隔核中的神经元，然后分别激活 dPAG 中的神经元，以查看仅激活大脑某个区域的神经元是否会导致这种行为。
洞察内存和未来应用“令人惊讶的是，我们发现，当我们单独激活伏隔核中的神经元时，小鼠并没有寻找庇护所，”Kwon 说：“而激活 dPAG 中的神经元会导致小鼠随机反应，但不会引导它们特定地到达它们之前寻求庇护的区域。Cal-light 系统让我们能够选择性地标记大脑中的特定功能，帮助我们在细胞层面上绘制记忆。”
最后，Kwon 表示这项研究可以为重新激活或设计阿尔茨海默病患者的记忆回路提供基础。“如果我们了解记忆的宏观结构，那么我们也许能够利用这种方法开发出更有效的策略来预防或减缓神经退行性疾病。”
研究人员表示，他们希望通过选择性地标记和重新激活大脑不同区域具有不同功能的神经元来了解全脑记忆结构，从而引发其他特定行为。“了解所有这些记忆回路如何协同工作将有助于我们更好地理解大脑功能。”
参考文献：“多巴胺介导的伏隔核记忆模块形成，用于目标导向导航”，作者：Kanghoon Jung、Sarah Krüssel、Sooyeon Yoo、Myungmo An、Benjamin Burke、Nicholas Schappaugh、Youngjin Choi、Zirong Gu、Seth Blackshaw、Rui M. Costa 和 Hyung-Bae Kwon，2024 年 9 月 27 日，《 自然神经科学》。DOI：10.1038/s41593-024-01770-9
参与这项研究的其他研究人员包括约翰霍普金斯大学的 Kanghoon Jung、Sarah Krüssel、Sooyeon Yoo、Benjamin Burke、Nicholas Schappaugh、Youngjin Choi 和 Seth Blackshaw；马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所的 Myungmo An；以及哥伦比亚大学扎克曼心智脑行为研究所及艾伦研究所的 Zirong Gu 和 Rui M. Costa。
此项工作的资金由马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所、国家精神分裂症和抑郁症研究联盟青年研究员基金以及国立卫生研究院基金 R01MH107460、5U19NS104649、K99 NS119788、DK108230 和 DP1MH119428 提供。
来源：约翰霍普金斯医学院
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