第三軍醫大學諶小維課題組揭示REM時期SuMCA2和SuMDG神經環路分別調控社交和空間記憶

海馬CA2區在社會記憶中起著關鍵作用。*近研究表明，下丘腦R頭上核（SuM）到CA2區域的谷氨酸能神經元環路有助于檢測社會新奇信號。然而，雖然光基因激活SuM-CA2環路可以影響社會記憶的表達，但抑制該環路卻并不會影響其社會記憶，這表明其他未知環路也參與了對社會記憶的調控。

非快速眼動（NREM）和快速眼動（REM）睡眠被認為是記憶鞏固的關鍵。過去研究表明，在非快速眼動睡眠期間，銳波漣漪（SWRs）中海馬神經元的重新激活促進記憶鞏固。而*近研究發現，除了非快速眼動睡眠外，快速眼動睡眠也可能有助于社會記憶的鞏固。此外，多項文獻指出，海馬齒狀回（DG）中快速眼動睡眠依賴的神經元活動可能參與了空間記憶的鞏固。

在此背景下，2022年10月19日，第三軍醫大學諶小維課題組在Neuron發文，揭示了REM時期SuM- CA2和SuM- DG神經環路分別調控社交和空間記憶。

首先，課題組對SuM-CA2和SuM-DG環路染色，并通過鈣成像發現NREM和REM時期SuM-CA2和SuM-DG神經環路鈣離子活性增強，其中REM時期增強更多。在體電生理實驗結果顯示：NREM至REM階段SuM-CA2SuM-DG神經環路放電頻率增加，而REM階段至覺醒階段神經元放電頻率降低。

快速眼動睡眠期間SuM-CA2投射的強烈激活表明其可能在社會記憶鞏固中發揮作用。為了驗證這一假設，課題組測試了在快速眼動睡眠期間特異抑制該投射對小鼠的社會記憶的影響。三箱社交和直接互動測試（direct interaction test）結果顯示：抑制REM時期的SuM-CA2投射后，小鼠對陌生鼠和熟悉鼠的探索時間差值顯著減少，即表現出社交新穎性缺陷；而在REM以外時期抑制該投射不影響其社交缺陷；條件性恐懼測試結果表明抑制小鼠REM時期的SuM-CA2投射不會影響其空間恐懼記憶缺陷。

隨后，課題組特異性抑制REM時期的SuM-DG投射后發現小鼠不表現出社交新穎性缺陷；但條件性恐懼測試結果顯示其在警報聲中僵直時間減少；新型物體位置識別（novel object position recognition -NOPR）測試結果顯示其對陌生位置的熟悉物體的探索時間縮短；即表現出空間記憶障礙。上述結果表明：SuM-CA2和SuM-DG神經環路分別控制社交記憶和空間記憶。

*后，課題組通過鈣成像技術發現SuM-DG和SuM-CA2環路中的CA2和DG神經元在快速眼動睡眠中的鈣信號強度明顯高于非快速眼動睡眠或安靜清醒(QW)時期，即REM時期CA2和DG神經元高度活躍從而進一步處理鞏固社交和空間記憶。

總的來說，本文主要通過鈣成像技術結合行為學測試，證明了快速眼動睡眠期的下丘腦R頭上核對到海馬CA2和DG區的投射高度活躍，并在此期間分別鞏固社交記憶和空間記憶。

文章來源

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.09.004