首次在活老鼠的大脑中看到的恐惧记忆形成

特定的基因表达允许光触发蓝藻释放去甲肾上腺素（黄色）。红色，无基因表达的腹侧被盖区。

持续的警惕状态将产生与瞬间惊吓不同的记忆，这些差异与小鼠大脑中不同的信号分子有关。RIKEN脑科学中心（CBS）的研究人员首次观察到了活的小鼠大脑中的这些动态，观察到了支持记忆功能的快速和缓慢分子途径。这些过程发生在称为星形胶质细胞的脑细胞中，揭示了这些细胞帮助神经元的另一种重要方式。

去甲肾上腺素，也称为去甲肾上腺素，是一种双重激素和神经递质，可为机体做好准备。先前的研究表明，去甲肾上腺素的释放对于修饰突触，形成和巩固记忆的神经元之间的连接很重要。星形胶质细胞是这些变化的关键介质，研究人员对实时观察小鼠学习时这些细胞中发生的事情感兴趣。他们的研究发表在2020年1月24日的《自然通讯》上。

首先，该团队用光（一种称为光遗传学）的方法人工刺激脑细胞，以诱导去甲肾上腺素释放。他们专注于源自大脑一部分称为蓝斑轨迹的去甲肾上腺素能神经元。去甲肾上腺素的释放引发了两条截然不同的分子事件链，第一条涉及钙活性，第二条涉及重要的信号分子cAMP。去甲肾上腺素释放后，星形胶质细胞中的钙水平迅速升高，而cAMP水平升高较慢，但持续时间更长。“我们认为这些快速和缓慢的动力学过程很重要，因为星形胶质细胞中钙的升高会促进突触可塑性，或细胞形成新的记忆连接的能力，而cAMP的升高会动员能量代谢来进行记忆巩固，”高级作者兼团队负责人Hajime Hirase说。在RIKEN CBS。

为了观察这些快速和缓慢的分子反应是如何自然触发的，给小鼠的面部随机吹气以引起短暂的惊吓反应。在这种情况下，cAMP水平根本没有升高，而钙却如先前观察到的升高了。在第二个实验中，给小鼠脚部震动并伴有声音以建立恐惧记忆。当他们再次听到声音时，老鼠会因电击而冻结。这次，cAMP水平明显升高，而钙水平也有所上升，但很快就下降了。“如果老鼠处于这种持续的警惕状态，就会释放出大量去甲肾上腺素，并逐渐建立cAMP，” Hirase研究小组的第一作者大河由纪（Yuki Oe）解释说。“这反映了星形胶质细胞如何支持恐惧记忆的形成。”给予去甲肾上腺素阻滞药物的小鼠均未见钙或cAMP反应，表明去甲肾上腺素的释放确实是这些变化的触发因素。

因此，去甲肾上腺素在大脑中释放的短期和长期后果取决于情况和行为。特别是记忆形成似乎受到cAMP水平增加的支持，而短暂或低警觉状态则涉及短期内钙的升高。Hirase评论说：“ cAMP的作用之一是分解糖原，以在战斗或逃跑的情况下获得快速的能量。”“能量代谢的这种增强可以帮助在更长的时间范围内巩固记忆，而钙的快速增强则可以降低突触可塑性的阈值。”

参考：大木由纪，王小文，Tommaso Patriarchi，Ayumu Konno，小泽胜也，Kazuko Yahagi，平井浩一，林田，Thomas J.McHugh和Hajime Hirase撰写的“在警惕期间星形细胞第二信使的去甲肾上腺素信号传递的暂时性整合” ，Nature Communications.DOI：
10.1038 / s41467-020-14378-x