從平台電位到記憶地圖：BTSP如何塑造CA3的空間活動
海馬體（hippocampus）在哺乳動物情節記憶的形成和檢索中起著至關重要的作用，而其子區域之一CA3區，在穩定和環境特異性的場所細胞（place cells, PCs）活動序列的形成中，扮演了核心角色。儘管吸引子（attractor）網絡的概念提供了一種可能解釋記憶存儲的理論模型，但目前有關其在CA3區域是否及如何實現的問題，仍缺乏直接的實驗證據。因此本研究旨在利用活體小鼠的膜電位記錄和光遺傳學操作，探討CA3區域中神經元活動與記憶形成和檢索的機制。 在本研究中，研究者首先研究CA3錐體神經元對於活動探索的反應。實驗將老鼠放在長180cm的長方形場地探索，發現了CA3區神經元在經過多次的環境探索下，會對於各個位置有不同程度的反應(圖1)。 圖1，原論文Fig1 D-F 知道了神經元產生對於空間的特異性，研究者進一步研究突觸是如何使其產生。在一組 CA3 神經元中，研究者觀察到在運動過程中出現獨特的、持久的樹突狀平臺電位(圖2A)，並且膜電位Vm 變化是雙向的，在平台電位附近的位置存在增強的去極化和更遠位置的超極化(圖2D)。這種快速、雙向的突觸可塑性是基於秒級時間尺度上的機制，被認為是和行為相關的調控機制，因此又被稱作行為時間尺度突觸可塑性（Behavioral Time Scale Plasticity, BTSP）。 圖2，原論文Fig1 A-E 這種可塑性使得特定的神經元在動物處於某些特定位置時能夠被激活，而這種激活並不依賴於其他上游細胞的突觸輸入，而是由CA3錐體神經元之間的重現連接所驅動(圖3A)。更具體地說，BTSP通過對稱性的學習規則調整突觸強度(圖2E)，從而在CA3區域產生穩定的網絡動態，使得場所細胞在特定的位置上保持持續的活動。這與之前假設的由不對稱學習規則所導致的動態形成對比，後者常導致不穩定的神經元活動，缺乏與動物行為的有效聯繫。 圖3，原論文Fig1 A-B 在未來發展中，基於老鼠海馬迴的CA3神經元BTSP機制，可以探索是否其他生物也有類似機制，證實BTSP是趨同演化的必經之路；也期望在人工神經網路上能夠應用BTSP作為新的突觸更新機制，達到更好的學習效果。 撰寫者:周峻廷 參考資料:Li, Y., Briguglio, J. J., Romani, S., & Magee, J. C. (2024). Mechanisms ...
