通讯作者

Bruno Bontempi

前言

对于某个事件或经历的记忆并不是直接以其最终的形式被储存的，而是随着时间经历了一个逐渐的过程。根据standard theory of systems-level memory consolidation（系统级记忆巩固的标准理论），海马被认为以解剖索引的形式将分散皮层网络中的信息进行整合，而这些信息则支持了整个经历各个特征。在编码阶段，海马快速地将这些不同的特征融合到一个想干的记忆痕迹中。在皮层水平的记忆巩固则是通过反复且协调地激活海马-皮层网络从而逐渐加强和稳定这个表征最初经历的皮层-皮层网络连接。几天或数周后随着记忆的成熟，海马的作用会逐渐消失，留下皮层来维持这个长期记忆。

实验方法

食物偏好的社会传递范式（social transmission of food preference paradigm）

实验结果

食物偏好的社会传递范式

示范鼠提前暴露并用某一种味道的食物饲养后，实验鼠通过与示范鼠30min社交过程中的气味学习到潜在食物中哪一种是安全的，并在1天（短期记忆）和30天（长期记忆）去测试不同实验组大鼠对食物的偏好。

通过观察即刻早期基因在特定脑区的表达情况，可以知道不同脑区在联合嗅觉记忆中的作用。文中皮层水平主要关注OFC（orbitofrontal cortex，眶额叶皮层），因为其在嗅觉联合记忆中扮演重要角色。从图中可以看到，第30天时，背侧海马Fos的表达下降，同时OFC表达上升。在第1天和第30天分别用TTX抑制海马和OFC的活动，发现抑制海马只会特异性影响短期记忆，而抑制OFC只会特异性影响长期记忆。这说明OFC在编码时被激活，但不参与短期记忆的检索。然而，随着时间推移OFC越来越重要，并参与处理长期联想嗅觉记忆。同时，还发现OFC的神经元网络在突触前和突触后部位发生了时间依赖性的形态变化，比如SYN（presynaptically localized protein synaptophysin，突触前定位的蛋白突触）表达上升、底树突顶树突的树突棘数量增加。

为了确定长期记忆存储过程中，OFC渐进式突触重塑是否由海马引起。作者在大鼠学习后的0-12天或15-27天，注入CNQX抑制背侧海马活性。在第30天的测试中，长期记忆的提取只有海马在学习后早期被沉默时才会受影响，晚期并没有影响。

皮层记忆的建立非常依赖海马-皮层间的交互作用。作者在OFC重复了刚才的实验，在学习后早期和晚期分别注入CNQX沉默OFC，发现除了早期抑制OFC会影响记忆提取和结构可塑性。在学习后的晚期抑制OFC同样会影响记忆，说明在海马已经不参与的后期，依然需要额外的皮层-皮层交互作用来确保皮层网络的稳定。

基于海马索引理论（the hippocampal indexing theory），作者推测标记的突触有助于形成海马索引，并反过来作为coincidence regenerator随着时间激活并加强皮层细胞集群中的相关子集。因此作者断言，在编码的时候，海马和皮层可能会以不同的机制同时被标记上。为了研究突触标记与系统级记忆巩固过程的相关性，作者进行了后续实验。在社交前，在实验鼠OFC注入CNQX使其沉默，在第7天时测试，发现记忆提取并没有受到影响，说明OFC对于STFP任务的学习并不是必需的。形成明显对比的是，在第30天时记忆的提取受到了影响，并且显著遏制了树突棘的生长。这一发现说明了早期皮层标记是负责皮层网络内持久记忆逐步嵌入的潜在关键过程。

使用AP-5特异性阻断NMDA受体，同样可以损坏在第30天时对长期记忆的提取。实验鼠连续两次与不同气味的实验鼠进行社交，只在第二次注入CNQX。并在两次社交后各自的第30天进行测试，发现只有第二次社交时的记忆提取受到了影响。说明对于一段记忆痕迹，皮层的标记是具有高度特异性的。

接下来，作者通过操纵皮层标记过程的功效来测试其调控记忆持久性的能力。为了评估记忆持久性的时间过程，作者广泛（extensive）和部分（partial）失活了OFC，并且以不同组小鼠分别在第7天、第15天、第30天进行测试。发现广泛抑制条件下，第15和30天的记忆提取都受到影响，但部分抑制条件下只有第30天的记忆提取受损。检测了这三个时间节点海马和OFC中fos的表达，可以看到在部分抑制条件下的鼠，第15天时海马细胞被异常激活，作者推测是为了补偿OFC中所招募神经元的缺失。这表明，突触标记可以作为皮层活动的早期和持久的标志，这是确保支持长期记忆存储的皮层网络逐步连接所必需的。

是否突触的标记触发了特定的信号通路最终导致组蛋白尾部乙酰化。作者在学习阶段，阻断了上游（MAPK/ERK）和下游的MSK1通路，的确阻止了组蛋白H3的乙酰化，并影响了后期皮层结构可塑性的发育。相反，作者在学习后早期（0-15天）或后期（15-30天），注入NaB（组蛋白去乙酰化酶抑制剂）抑制了OFC中组蛋白的去乙酰化，发现在早期注入NaB可以增强长期记忆而后期则没有影响。

结论

皮层标记可以作为支架，通过现有突触之间突触传递效力的变化和连接可塑性，来支撑海马驱动的永久性记忆逐步嵌入皮层网络，当初始的支架得到加强时，可能会使这些记忆随着时间推移变得更有持久。

思考

作者从多个角度去设计实验，说明了记忆从短期向长期转变过程中，海马和皮层在其中扮演的角色。在学习之初，便在海马和皮层打上了标记，早期记忆的提取主要依赖于海马，随着时间推移，海马-皮层网络反复被激活并加强，让皮层-皮层的连接越来越强且稳定，随后摆脱了对海马的依赖，在皮层网络形成了长期记忆。这个过程中，皮层OFC的树突棘会增多，且在学习后一小时后组蛋白乙酰化程度就会上升。

参考文献

Lesburgueres, E., et al. (2011). “Early tagging of cortical networks is required for the formation of enduring associative memory.” Science 331(6019): 924-928.