综述收藏：丘脑前核群-海马-皮质的三方记忆系统理论

本文由brainnews脑科学世界团队原创编译，转载请联系授权。 情景记忆的标准模型着眼于海马与海马旁的相互作用，同时新皮层提供感觉信息以及提供记忆最终存储的位置。然而，近年来的研究显示，其他脑区对于记忆也有着独特和相同的贡献，尤其是丘脑前核群。 因此，John A 和Shane O教授针对丘脑前核群的研究，提出了一个丘脑前核群-海马-皮质的三方记忆系统理论，并将其理论“The anterior thalamic nuclei: core components of a tripartite episodic memory system”于2022年4月发表于Nature Reviews Neuroscience杂志。 丘脑前核群与记忆 丘脑前核群位于间脑，包括丘脑前内侧核（AM），丘脑前腹侧核（AV）以及丘脑前背侧核（AD）（图1），它们接受来自下托、前下托和后下托的海马和海马旁的直接的、密集的投射（图2，表1），同时也发出直接的回复投射。在啮齿类动物中，它们还接受来自海马CA1和CA3的松散投射。 图1. 丘脑前核群的位置 图2. 丘脑前核群的主要连接 与间脑的其他与认知相关的核团（丘脑核仁、丘脑背内侧核）相比，丘脑前核群的病变对大鼠空间学习和记忆的影响更广泛，破坏性更大，而且前者几乎很少或者不接受直接来自海马的投射。 表1. 三个主要的丘脑前核群的突出特征 和海马损伤导致啮齿类动物空间记忆受损一样，丘脑前核群的损伤也会导致其出现空间记忆受损，而且与海马损伤导致颞叶相关的失忆相比，丘脑前核群的损伤则导致间脑相关的失忆，相关临床证据主要来自Korsakoff综合征的研究和间脑卒中的系统分析。 之前的研究普遍认为，丘脑前核的损伤对记忆的损伤依赖于海马，主要是因为AD一直被认为是“头导向”系统的重要组成部分，后者可以对空间定位提供指导信号，AD的损伤会导致海马旁该信号的废除以及网格细胞的活性损伤，从而导致空间记忆受损。 然而，近年来的研究发现，破坏外侧乳头核到AD的连接虽然会出现空间记忆受损，但其受损的程度要远远小于整个丘脑前核群受损导致的记忆损伤。而且近年来也在丘脑前核群中发现类似于海马网格细胞、位置细胞、头朝向细胞一样的空间细胞。 此外，丘脑前核群的突触可塑性不仅接受来自海马的投射纤维调控，同时也接受来自乳头丘脑束的调控，这两者的调控起着相反的作用。 丘脑前核群的不同特性 研究显示三个丘脑前核有不同的功能，每个核团有着不同的基因表达谱，投射纤维的输入和输出也不同。其中，AD与其他两个核团的差别最为明显。它有着数量最多的头朝向细胞，独特的细胞结构和连接组特性，被认为与记忆的巩固有关。 AV和AM之间的功能差异目前通常是推测性的，因为很少有行为学研究试图分离这些核团。AM有着与内侧前额叶皮质和前扣带回皮质最多的连接，以及进一步与内嗅皮层、减颗粒层压后皮质（区域30）以及相关的视区的连接。它包含有位置细胞和边界细胞，以及很少的头朝向细胞，它的功能主要与空间信息的提取，注意相关（图3）。 AV则与背侧海马、前下托、后下托以及颗粒层压后皮质（区域29）连接，包含θ调制神经元（与皮层、海马的振荡相关），其功能主要与空间信息处理有关。 图3. 丘脑前核团参与认知的初步想法 功能模型 之前的研究已经说明，抑制海马对丘脑前核群的输入会导致认知功能障碍，近年来的研究显示，抑制丘脑前核群到海马的输入也会导致类似的结果。想要证明丘脑前核对于记忆的独立的影响，就需要强调它们之间的联系和潜在的功能并不是传统海马回路的一部分。 最近的发现显示，前边缘皮质、前扣带回和压后皮质会投射到丘脑前核，但是大部分不会投射到海马，而且针对皮层下的输入，乳头体的不同部位会发出相应的投射到不同的丘脑前核，且不发出投射到海马。此外，丘脑前核团的损伤会导致相应皮质的活性降低，说明丘脑前核群和皮层有着独立于海马的相互联系。 基于上述研究，该团队提出了一个新的情景记忆模型：包含了“颞叶流”（以海马为中心）和“间脑流”（以丘脑前核群为中心）的三方记忆模型（图4）。 海马皮层记忆流从内嗅皮层向海马（齿状回、CA1、CA3）传递，之后沿着下托到皮层（海马旁、前额叶、压后皮层），同时伴随并行的CA1投射到海马旁和前额叶。间脑皮层记忆流从丘脑前核群投射到海马（下托），海马旁以及压后皮质，也接受来自海马、压后皮质、前扣带回以及前额叶的输入。 这两种并行且部分独立的记忆流再投射到包括海马旁、前额叶以及压后皮质在内的皮层，在这些部位互相交流，这里的突触可塑性促进了记忆的巩固。破坏上述任何一部分，都会使得记忆出现损害。 图4. 一个核心的，三方的情景记忆系统 结 论 丘脑前核群的功能独立于海马，对记忆有着和海马一样重要的贡献，与海马、皮层共同对情景记忆发挥作用。 参考文献 John A and Shane O. The anterior thalamic nuclei: core components of a tripartite episodic memory system. Nature Reviews Neuroscience, 2022. DOI: 10.1038/s41583-022-00591-8. 编译作者：KK（brainnews创作团队） 校审：Simon（brainnews编辑部）