日本发现MCH神经会在快速眼动睡眠期间消除记忆

在日本科学技术振兴机构(JST)的战略性创造研究推进项目中,名古屋大学环境医学研究所的山中章弘教授等人组成的研究小组发现,大脑中产生黑色素浓缩激素的神经(MCH神经)会在快速眼动睡眠期间消除记忆。

通过此前的研究已经知道,MCH神经参与进食行为及睡眠和清醒的调控,但一直不清楚其对记忆的影响。

此次,研究小组把利用超小型显微镜获得的神经活动记录应用于小鼠发现,MCH神经有3种类型,分别是在快速眼动睡眠期间活动的MCH神经、在清醒时活动的MCH神经,以及在快速眼动睡眠期间和清醒时都会活动的MCH神经。另外,研究小组还利用可以操控特定神经活动的光遗传学和化学遗传学方法确认,MCH神经的活动会抑制对记忆至关重要的海马体的神经活动,而且在快速眼动睡眠期间活动的MCH神经会消除记忆。

我们的睡眠节律一般会在起床前重复进行浅睡眠,即快速眼动睡眠,此次发现的在快速眼动睡眠期间活动的MCH神经被认为是让人立即忘记醒来之前的梦境内容的原因之一。通过应用该机制,消除作为心理创伤留下来的恐惧心理和恐怖经历等记忆,有望为治疗创伤后应激障碍(PTSD)的临床应用做贡献。

该研究小组结合小鼠的记忆行为及光遗传学和化学遗传学方法进行了实验,发现激活MCH神经的活动时,记忆会被消除,抑制MCH神经的活动时,记忆会被保留下来。尤其是记忆的中枢区域海马体负责的记忆,MCH神经会消除该区域的记忆。

为了明确该机制,研究小组利用小鼠的大脑,通过光遗传学方法激活了延伸至对记忆至关重要的海马体的MCH神经末端,发现海马体的神经活动受到抑制(图1)。

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图1:下丘脑的MCH神经与海马体的神经活动受抑制情况

接下来,研究小组调查了MCH神经的活动会随着睡眠和清醒状态发生什么变化。通过一边利用光纤光度测量法测量神经活动,一边利用脑电波和肌电图判断睡眠和清醒状态发现,在快速眼动睡眠期间,小鼠的MCH神经活动会增强。另一方面,在清醒时,MCH神经也会以较弱的强度活动,因此研究小组又在单个细胞水平上进一步调查了MCH神经在睡眠和清醒状态时的活动。研究小组利用小鼠头部佩戴的重约2g的超小型显微镜,逐个细胞记录了MCH神经在脑内的活动,发现MCH神经存在3种类型,分别是①在清醒时活动的MCH神经、②在快速眼动睡眠期间活动的MCH神经和③在清醒时及快速眼动睡眠期间均会活动的MCH神经(图2)。

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图2:MCH神经的活动随着睡眠清醒状态的变化而发生的变化

此外,为调查记忆与MCH神经活动之间的关系,研究小组通过评估小鼠记忆的新物体识别试验让小鼠记忆物体后,实施了激活或者抑制MCH神经活动的实验。利用光遗传学和化学遗传学方法激活MCH神经的活动后确认,即使曾一度形成记忆,但激活MCH神经后记忆依然会被消除。另一方面,抑制MCH神经的活动后确认,记忆得到增强(图3左)。不仅是新物体识别试验,利用条件性恐惧试验形成的恐惧记忆也获得了同样的结果。

另外,为调查记忆保留期间的睡眠与MCH神经活动的关系,研究小组让小鼠记忆物体后,比较了1)仅在快速眼动睡眠期间抑制MCH神经活动时、2)仅在非快速眼动睡眠期间抑制MCH神经活动时,以及3)仅在清醒期间抑制MCH神经活动时的记忆。比较发现,仅1)在快速眼动睡眠期间抑制MCH神经的活动时记忆得到增强。但在2)非快速眼动睡眠期间和3)清醒期间即使抑制MCH神经的活动对记忆也没有影响(图3右)。

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图3:MCH神经的活动与对记忆的影响

以上研究结果表明,在快速眼动睡眠期间活动的MCH神经会通过抑制海马体的神经活动消除记忆。

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