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.

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