Orchestrated ensemble activities constitute a hippocampal memory engram

通讯作者：

Kaoru Inokuchi

Introduction：

• Replay对于记忆的存储和巩固都很重要。
  • 在REM睡眠时期削弱thetapower会影响海马依赖的记忆

• KikGR是一种可以在365nm光照下由绿色荧光快速转变为红色荧光的蛋白。（转变为红色后，不影响GCaMP7的成像）

Results：

• 使用c-fos-tTA系统，将病毒注射在HPC CA1中，采用context pre-exposure facilitation effect (CPFE) paradigm
  • 提前一天off dox打开标记窗口，实验当天，小鼠先暴露在环境A下，不接受刺激，此时标记与环境A相关的engram细胞使其带上光敏通道，随后on dox关闭窗口。第二天，小鼠被放入环境A配合电刺激或者环境B不给予电刺激 。3-5h后，放回环境A或B，测试僵直反应。1h后，更换一个新环境，光遗学激活标记的engram细胞，测试僵直反应。
  • 只有engram细胞标记了ChR2，且在环境A配对了电刺激的鼠，光遗传学激活会有明显的僵直反应。

• 使用 Thy1-G-CaMP7/c-fos-tTA双转基因小鼠，再在CA1区域注射TRE控制的KikGR病毒，可以在情景学习24h后的engram细胞带上KikGR荧光，使用365nm光照可以使绿色荧光转变为红色，从而排除对imaging的干扰
• 使用相关矩阵分析（Correlation matrix analysis）在记忆编码过程中，engram细胞表现出高度重复性活动的特征。
• 使用Mahalanobis population vector distance (PVD)做分析，发现engram细胞在其他session中更加稳定，而non-engram细胞则变异性较大。
• Non-negative matrix factorization (NMF)将群体活动分解为了在时间序列上的共激活的多个ensemble，使用该分方法作者在不同session将engram和nonengram分别分解成多个pattern，并使用matching score (MS)去观察不同session间的相似度。发现，在engram中分解出的pattern，除了在session F（新颖环境）中数值较低外，其他都比较高，而nonengram则没有这个现象。说明，在session A中的engram细胞中在训练后睡眠和retrieval阶段都有重复激活，而新颖环境没有。

• 作者将在session A、B、C、D、E都激活的engram ensemble称为aligned patterns，而其他的叫isolated pattern。发现alined pattern占据了engram所有pattern的40%，而isolated pattern占nonengram 所有pattern的80%。

参考文献

Ghandour, Khaled, et al. "Orchestrated ensemble activities constitute a hippocampal memory engram." Nature communications 10.1 (2019): 1-14.