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2023年学术进展系列之59:我校多学科交叉研究揭示听觉皮层脑细胞的形成过程及其记忆印迹特定条件
2023-12-11 15:59  

2023127日,广西大学先进脑科学和智能研究中心、物理科学与全球最大体育平台和中国科学院苏州生物医学工程技术研究所德国莱布尼茨神经科学研究所等合作在《自然-通讯》(Nature Communications)发表论文"Holistic bursting cells store long-term memory in auditory cortex"报道新的研究进展。

该研究基于双光子成像与靶向单细胞电生理记录方法深入探索听觉皮层“整全性簇放”Holistic Bursting, HB)细胞的形成过程,并揭示HB 细胞符合德国心理学家 Richard Wolfgang Semon一个多世纪前提出的记忆印迹Engram)原始科学定义的 4 特定条件(如图所示)。一是HB 细胞对某一个学得的复合和弦(chord)声音产生高频簇状发放响应(瞬间发放率100Hz量级、高于一般的自发发放活动水平2个数量级),而对任何一个组成该和弦的纯音(tone)则没有这样的响应。本研究成功复现了前序研究(Wang et al, Nature Communications, 2020)发现的HB细胞,并进一步揭示HB细胞是由静息的2/3层听皮层神经元在反复学习巩固过程中突变获得的,表明HB细胞在学习后的动物脑中不仅代表了学得的特定信息,而且这样的代表内容是在学习和巩固的过程中产生的(Content);二是HB 细胞一旦形成之后即长期稳定具备这样的功能特性,在学习过程完成后即便长时间不再学习,也会在过后的测试中一样保持该特性(Persistence);三是HB 细胞被学得声音诱发的高频簇状放电是在动物执行所学得的听音舔水行为之前发生,并被后者所依赖,抑制HB 细胞会破坏听音舔水行为(Ecphory);四是HB 细胞存在一个沉默状态,当已经学得的听音舔水行为进行声音与水奖赏分离的训练后,动物听到同样的声音不再进行舔水行为,此时大部分HB 细胞进入沉默状态,但一旦这个行为再次关联学习后,曾经进入沉默的同样一群细胞又重新恢复了高频簇状发放响应特性,而不是由另一群静息的细胞新转变成了HB细胞(Dormancy)。



该研究在听觉皮层中揭示了HB 细胞可能是长期记忆印迹细胞;此外也证明了基于在体慢性双光子成像与靶向单细胞电生理记录是揭示皮层长期记忆印记载体细胞的关键方法。

论文第一完成单位为广西大学,论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-43620-5


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