記憶的形成是神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)中心問(wèn)題。日常生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，許多關(guān)聯(lián)性和場(chǎng)景性的記憶在接收到相關(guān)感覺(jué)信息的時(shí)候就已經(jīng)浮現(xiàn)出來(lái)。比如在牌類(lèi)游戲中，初學(xué)者可以通過(guò)幾輪觀(guān)察很快學(xué)會(huì)如何對(duì)比牌面的大小；而社交場(chǎng)合的環(huán)境氣氛與衣著打扮的“第一印象”則會(huì)很大程度塑造個(gè)人的形象記憶。那么記憶過(guò)程是如何把瞬時(shí)感知轉(zhuǎn)化為存儲(chǔ)的信息呢？

4月16日，上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院管吉松課題組在《細(xì)胞報(bào)告》（Cell Reports）在線(xiàn)發(fā)表題為“Hippocampus alters visual representation to encode new memory”的研究論文，揭示了海馬體在關(guān)聯(lián)性刺激的記憶編碼階段調(diào)控大腦皮層記憶編碼特征的現(xiàn)象，挑戰(zhàn)了“記憶需先短暫存儲(chǔ)于海馬再逐步固化至皮層”的理論。研究提出，皮層在記憶形成早期即可快速通過(guò)海馬體輸入的實(shí)時(shí)協(xié)作直接存儲(chǔ)關(guān)聯(lián)記憶，為海馬索引假說(shuō)提供了全新實(shí)驗(yàn)支持，并為長(zhǎng)期記憶的神經(jīng)編碼機(jī)制開(kāi)辟了新視角。

一種經(jīng)典的記憶理論認(rèn)為，海馬體作為“臨時(shí)中轉(zhuǎn)站”先將信息暫存，隨后通過(guò)反復(fù)鞏固將記憶轉(zhuǎn)移至皮層。然而，本研究通過(guò)雙光子鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在視覺(jué)線(xiàn)索的痕跡眨眼條件反射訓(xùn)練中，小鼠在剛受到數(shù)次條件-非條件（CS-US）配對(duì)的關(guān)聯(lián)性刺激時(shí)，視覺(jué)皮層第二層的響應(yīng)模式發(fā)生了快速的轉(zhuǎn)變，涌現(xiàn)出一類(lèi)特異性響應(yīng)聯(lián)合刺激的神經(jīng)元集群。這些神經(jīng)元僅對(duì)CS-US配對(duì)信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)，而對(duì)單獨(dú)刺激無(wú)響應(yīng)，提示其可能編碼了關(guān)聯(lián)性的記憶印跡。這種快速出現(xiàn)的特異性神經(jīng)元集群符合了我們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)中即時(shí)浮現(xiàn)的記憶痕跡的特征。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這種皮層中快速出現(xiàn)的記憶痕跡依賴(lài)于海馬體齒狀回（DG）的活性。當(dāng)通過(guò)化學(xué)遺傳學(xué)抑制DG活性時(shí)，皮層記憶集群無(wú)法生成；而光遺傳激活DG可以重塑皮層神經(jīng)元的響應(yīng)模式，甚至實(shí)現(xiàn)非同步的CS-US的關(guān)聯(lián)性學(xué)習(xí)。這證明了皮層在記憶編碼初期便具備直接編碼存儲(chǔ)記憶信息的能力，而海馬體并非單純的信息中轉(zhuǎn)站，而是通過(guò)動(dòng)態(tài)“索引”機(jī)制指導(dǎo)皮層記憶網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。深入探究表明，視覺(jué)皮層中fos+記憶印跡細(xì)胞是皮層關(guān)聯(lián)記憶網(wǎng)絡(luò)的核心樞紐；而局部的抑制性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，尤其是血管活性腸肽（VIP）陽(yáng)性神經(jīng)元?jiǎng)t對(duì)編碼關(guān)聯(lián)性記憶的皮層神經(jīng)元集群進(jìn)行了篩選。

該發(fā)現(xiàn)與團(tuán)隊(duì)2022年發(fā)表于《自然-通訊》（Nature communications）的研究形成機(jī)制互補(bǔ)。前期工作證實(shí)，海馬體通過(guò)調(diào)控外側(cè)內(nèi)嗅皮層（LEC）介導(dǎo)的皮層長(zhǎng)程gamma同步（20-40 Hz），整合記憶提取過(guò)程中的分散特征。而本研究發(fā)現(xiàn)，在早期的記憶編碼階段，海馬體通過(guò)自身的活性調(diào)控了感覺(jué)皮層的神經(jīng)元集群的響應(yīng)模式。這一系列的研究揭示了以海馬體索引為指導(dǎo)、皮層分散式編碼的長(zhǎng)期記憶機(jī)制，也為進(jìn)一步揭示大腦處理信息的機(jī)制，人工智能的迭代開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)新的參考。

圖注：受到關(guān)聯(lián)性刺激后，視皮層中迅速出現(xiàn)表征記憶特性的神經(jīng)元集群；這種皮層神經(jīng)元集群的出現(xiàn)受到海馬體-齒狀回活性的調(diào)控

上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院管吉松教授與上海理工大學(xué)智能科技學(xué)院謝紅教授為本文的通訊作者，上?？萍即髮W(xué)博士研究生劉辰輝，博士后劉真與上海理工大學(xué)博士后劉開(kāi)元為本文的共同第一作者。上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。

文章鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00365-1

團(tuán)隊(duì)前期相關(guān)成果：Acquiring new memories in neocortex of hippocampal-lesioned mice (Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-022-29208-5) 揭示了海馬通過(guò)LEC調(diào)控皮層gamma振蕩整合記憶特征的機(jī)制，與本研究的編碼期發(fā)現(xiàn)共同構(gòu)建了記憶動(dòng)態(tài)編碼的全周期理論框架。