子课题《细胞》:首次发现睡眠巩固社会记忆的神经回路 陆军军医大学陈晓薇/秦汉团队最新研究成果

子课题103010:首次发现睡眠巩固社会记忆的神经回路，陆军军医大学陈晓薇/秦汉团队最新研究成果。

来源：奇点蛋糕2022-11-14 10336022

这项研究结合多种前沿技术，直接证明了在REM睡眠期间，下丘脑和海马之间存在一个高度活跃的神经群，两个神经回路分别在巩固社会记忆和空间记忆方面发挥着重要作用。

作为社会性动物，我们可以在社交过程中识别和记忆其他人，在后续的社交活动中可以利用这些社交记忆进行交流和做出选择[1]。

不难看出，社会记忆是正常社会交往的必要条件，对人类的生存和繁衍至关重要。

睡眠与记忆力的关系一直备受关注，大部分读者大概都有因睡眠不足导致记忆力下降的经历。

然而，巩固新编码的社会记忆所需的神经元回路仍然未知。

最近，陆军军医大学的陈晓薇和秦汉团队通过小鼠模型发现了REM可以巩固社会记忆的神经机制[2]。

利用体内钙流成像、光遗传学和体内单细胞电生理学技术，他们发现，从下丘脑(SuM)的乳房上核投射到海马CA2区的神经元在REM睡眠期间高度激活，这些神经元在REM睡眠期间的特异性抑制会损害社会记忆。他们还发现，在REM睡眠期间，专门抑制SuM向海马齿状回(DG)投射的神经元对社会记忆没有显著影响。

这项工作首次证明，在REM睡眠期间，下丘脑和向海马CA2神经元回路的投射是巩固社会记忆所必需的。这一重要研究成果在线发表在著名期刊《神经元》上。

图1:纸封面截图

社会记忆是动物识别和记忆同类成员的基础[3]。成功记忆形成的过程包括对社会新事物的编码、对新事物的回忆以及后续的巩固[4]。目前，虽然已经研究了编码、表达和巩固社会记忆的神经回路机制，但仍不清楚。

基于现有的研究，目前的认知是海马CA2神经元在面对外部社会新物种成员时被激活，而这是编码社会记忆所必需的[5]。此外，社会记忆的编码与下丘脑和海马的和CA2投射密切相关[6]。然后，CA2神经元向腹侧海马CA1传递信号，CA1的神经元可能负责储存社会记忆[7]。

对于记忆巩固，已知海马CA3神经元在非REM睡眠的锐波(SWRs)期间被重新激活，这对于空间记忆巩固是必要的[8]。

然而，社会记忆是如何以及通过哪些特定的神经回路在海马体中巩固的，仍然是一个未解之谜。因此，陈晓薇和秦汉的团队展开了一项研究，试图揭开这个谜。

让我们跟随奇点蛋糕，看看他们是如何开始研究的。

首先，作者通过病毒特异性通路标记，证实了下丘脑内SuM海马CA2 (SuMCA2投射神经元)神经通路和SuM海马DG (SuMDG投射神经元)神经通路的存在(图2)。

图二。病毒特异性通路标记显示存在SuMCA2投射神经元和SuMDG投射神经元通路。

然后，他们通过逆行神经追踪进一步证明SuM中存在这两组神经元体，他们发现SuMCA2投射神经元和SuMDG投射神经元是两组不同的神经细胞。

由于以前的研究表明，SuM神经元在REM睡眠和觉醒期间通过染色被激活，因此作者接下来想探索SuMCA2投射神经元或SuMDG投射神经元在REM睡眠期间是否被高度激活。

为了探索这个问题，他们首先用纤维记录法分别测量了CA2和DG处SuMCA2投射神经元或SuMDG投射神经元的神经纤维的钙电流反应。在这个过程中，脑电图和肌电图的记录使他们能够区分小鼠的不同状态，包括快速眼动睡眠、非快速眼动睡眠和静息状态。

他们发现两组神经元在快速眼动睡眠状态下的神经纤维激活程度明显高于非快速眼动睡眠状态和静息状态下的神经纤维激活程度(图3和图4)。

图3。SuMCA2投射神经元在REM睡眠期间被高度激活。

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图4. SuMDG投射神经元在快速动眼睡眠期间被高度激活

接着，通过活体单细胞电生理学和光遗传学技术，他们证实了SuM的这两群神经元胞体（SuMCA2和SuMDG投射神经元）也特异性地在快速动眼睡眠期间呈现出高度激活的状态。

看到这些振奋人心的结果，大家肯定想问，SuMCA2或者SuMDG投射神经元在社交记忆的巩固过程中到底有没有贡献呢？

于是，作者们通过光遗传学和小鼠行为学研究，分别探究了这两群神经元在社交记忆巩固过程中的作用。他们发现，若SuMCA2投射神经元在快速动眼睡眠期间被特异性抑制，那么小鼠的社交记忆显著下降。

具体来说，相比于对照组，这些小鼠对于先前（睡眠前）所接触的新的社会成员仍表现为较大兴趣，表明它们并没有形成相应的社交记忆，也就是说它们不记得之前已经接触过此成员（图5）。

此外，他们还发现，这条神经回路在快速动眼睡眠期间被特异性抑制，对于空间记忆的巩固没有影响。

图5. 快速动眼睡眠期间特异性抑制SuMCA2投射神经元损害小鼠社交记忆不影响空间记忆

对于SuMDG投射神经元，作者们也进行了类似的研究。

他们发现，若SuMDG投射神经元在快速动眼睡眠期间被特异性抑制，小鼠的社交记忆不会受到显著影响，而空间记忆却明显下降。

总体而言，这项研究结合多种前沿技术，直接证明了在快速动眼睡眠睡眠时下丘脑和海马间存高度活动的神经群，而且两个神经回路在社交记忆和空间记忆的巩固中分别扮演重要角色。

图文摘要

此研究成果不仅加深了学界对社交记忆巩固神经回路的认识，也为将来临床上针对不同记忆障碍的干预提供了潜在靶点。

参考文献：

[1].柴安平. 孤独症易感基因调控社交记忆的神经可塑性机制[D]. 中国科学院大学,2016.

[2]. Qin H, Fu L, Jian T, et al. REM sleep-active hypothalamic neurons may contribute to hippocampal social-memory consolidation [published online ahead of print, 2022 Oct 18]. Neuron. 2022;S0896-6273(22)00809-1. doi:10.1016/j.neuron.2022.09.004

[3]. Lai WS, Ramiro LL, Yu HA, Johnston RE. Recognition of familiar individuals in golden hamsters: a new method and functional neuroanatomy. J Neurosci. 2005;25(49):11239-11247. doi:10.1523/JNEUROSCI.2124-05.2005

[4]. Straube B. An overview of the neuro-cognitive processes involved in the encoding, consolidation, and retrieval of true and false memories. Behav Brain Funct. 2012;8:35. Published 2012 Jul 24. doi:10.1186/1744-9081-8-35

[5]. Hitti FL, Siegelbaum SA. The hippocampal CA2 region is essential for social memory. Nature. 2014;508(7494):88-92. doi:10.1038/nature13028

[6]. Chen S, He L, Huang AJY, et al. A hypothalamic novelty signal modulates hippocampal memory. Nature. 2020;586(7828):270-274. doi:10.1038/s41586-020-2771-1

[7]. Meira T, Leroy F, Buss EW, Oliva A, Park J, Siegelbaum SA. A hippocampal circuit linking dorsal CA2 to ventral CA1 critical for social memory dynamics. Nat Commun. 2018;9(1):4163. Published 2018 Oct 9. doi:10.1038/s41467-018-06501-w

[8]. Rasch B, Born J. About sleep"s role in memory. Physiol Rev. 2013;93(2):681-766. doi:10.1152/physrev.00032.2012

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