丘脑中的大脑回路帮助我们记住信息

随着年龄的增长，人们的工作记忆通常会下降，这使得人们更难完成日常任务。与这种类型的记忆相关的一个关键大脑区域是前丘脑，它主要参与空间记忆——对我们周围环境的记忆以及如何导航。

在一项对小鼠的研究中，麻省理工学院的研究人员在丘脑前部发现了一个回路，它对记忆如何走迷宫是必要的。研究人员还发现，这个回路在年龄较大的老鼠身上减弱了，但增强它的活性会大大提高它们正确走迷宫的能力。

研究人员说，这个区域可能为治疗提供一个有希望的靶点，可以帮助逆转老年人的记忆丧失，而不会影响大脑的其他部分。

“通过了解丘脑如何控制皮质输出，我们有望在这一区域找到更具体和可治疗的目标，而不是一般地调节前额叶皮层，它有许多不同的功能。”冯国平说，他是麻省理工学院脑与认知科学的James W.和patricia T. poitras教授，哈佛大学和麻省理工学院布罗德研究所成员，麻省理工学院麦戈文脑研究所副所长。

冯教授是该研究的资深作者，该研究发表在今天的《美国国家科学院院刊》上。美国国立卫生研究院K99奖得主、布罗德研究所麦戈文研究员迪拉杰·罗伊和麦戈文研究所J. Douglas Tan博士后研究员张颖是这篇论文的主要作者。

空间记忆

丘脑是位于大脑中心附近的一个小结构，负责工作记忆和许多其他执行功能，如计划和注意力。冯的实验室最近一直在研究丘脑的前丘脑区域，该区域在记忆和空间导航中起着重要作用。

先前对小鼠的研究表明，前丘脑受损会导致空间工作记忆的受损。在人类中，研究表明年龄相关的前丘脑活动下降，这与空间记忆任务的较低表现有关。

前丘脑分为三个部分:腹侧，背侧和内侧。在去年发表的一项研究中，冯、罗伊和张研究了前背(AD)丘脑和前腹(AV)丘脑在记忆形成中的作用。他们发现，AD脑丘体参与创建物理空间的心理地图，而AV脑丘体帮助大脑将这些记忆与其他类似空间的记忆区分开来。

在他们的新研究中，研究人员想更深入地研究AV丘脑，探索它在空间工作记忆任务中的作用。为了做到这一点，他们训练老鼠走一个简单的t形迷宫。每次试验开始时，老鼠跑到t区，一只胳膊被挡住，迫使它们顺着另一只胳膊跑。然后，老鼠再次被放置在迷宫中，双臂张开。如果老鼠在第一次跑步时选择了相反的手臂，它们就会得到奖励。这意味着，为了做出正确的决定，他们必须记住他们在前一回合中转向的方向。

当老鼠执行任务时，研究人员在任务的三个不同部分使用光遗传学来抑制AV或AD神经元的活动:样本阶段，发生在第一次运行;延迟阶段，当他们等待第二次运行开始时;在选择阶段，当老鼠在第二次跑步时决定转向哪条路。

研究人员发现，在取样阶段或选择阶段抑制房室病毒神经元对小鼠的表现没有影响，但当他们在持续10秒或更长时间的延迟阶段抑制房室病毒活动时，小鼠在任务中的表现要差得多。

这表明，在执行任务时，AV神经元对记忆信息最重要。相反，抑制AD神经元会在样本期破坏表现，但在延迟期影响不大。这一发现与研究小组之前的研究一致，即AD神经元参与了物理空间记忆的形成。

“一般来说，前丘脑是一个空间学习区域，但腹侧神经元似乎在这个短暂的延迟维持期间是需要的，”罗伊说。“现在我们在前丘脑中有两个分支:一个似乎有助于情境学习，另一个实际上有助于保存信息。”

与年龄相关的下降

然后，研究人员测试了年龄对这个回路的影响。他们发现年龄较大的老鼠(14个月)在t -迷宫任务中表现更差，它们的AV神经元也更不容易兴奋。然而，当研究人员人为地刺激这些神经元时，老鼠在任务中的表现显著提高。

提高这一记忆任务表现的另一种方法是刺激前额皮质，它也经历了与年龄相关的衰退。然而，研究人员发现，激活前额叶皮层也会增加小鼠的焦虑程度。

“如果我们直接激活内侧前额叶皮层的神经元，它也会引发与焦虑相关的行为，但这不会发生在AV激活期间，”张说。“与前额皮质相比，这是激活AV的一个优势。”

研究人员说，如果一种非侵入性或微创性技术可以用来刺激人类大脑中的这些神经元，它可能提供一种帮助防止与年龄有关的记忆衰退的方法。他们现在正计划对前丘脑的神经元进行单细胞RNA测序，以找到遗传特征，从而可以用来识别那些可能成为最佳目标的细胞。

这项研究部分由Broad研究所的Stanley精神病学研究中心、麻省理工学院的Hock E. Tan和K. Lisa Yang自闭症研究中心以及麻省理工学院的James和patricia poitras精神疾病研究中心资助。