知识源于沉淀 最近，泽内普·奥克雷和斯科特·沃德尔探索了多感官学习如何提高果蝇的物体识别和记忆能力。实验表明，结合颜色和气味可以增强记忆性能。蘑菇体凯尼恩细胞(KCs)的多感觉学习需要增强视觉和嗅觉记忆，使跨模式绑定成为可能。engram的这种扩展提高了多感官学习后的记忆性能，并允许单一感官特征检索多模态体验的记忆。
他们的成果“多感官学习将神经元绑定到跨模态记忆印记”发表在最新一期《自然》杂志上。
生物生命中充满了多种感官体验，多种感官学习可以提高记忆，包括单一感官的提高。研究表明，大脑不同区域的细胞会对各种感官提示做出反应。在果蝇中，多巴胺通过抑制活性KCs和下游MB(蘑菇体)输出神经元的树突来编码有价值的特定记忆。目前，我们仍然不知道多感觉学习将神经元从选择性转化为多感觉的机制，以及这一过程如何增强多感觉和单感觉的记忆性能。
多感官学习可以提高记忆力
通过在嗅觉T型迷宫中同时呈现颜色和气味(图1a，B)，作者发现结合颜色和气味训练可以显著增强多感觉学习的记忆效果(图1b-d)，颜色和气味之间的学习关系对于记忆增强效果非常重要。多感觉训练提高了单一颜色和气味记忆成分的记忆性能，在训练和测试过程中使用多感觉刺激可以进一步提高性能(图1e，F)。作者还发现，颜色和气味之间的相互作用在多感官学习中非常重要。此外，实验还提示果蝇可以分辨颜色，但色调和亮度也有影响。
图一。多感官学习提高记忆能力。
嗅觉检索需要视觉KC
发现嗅觉KCs(γm KCs)的大量树突占据了苍蝇大脑的主要区域，而视觉信息主要通过少量KCs (α β P&: γd KCs)和副肾盏传递。作者阻断了这些视觉KC的输出，多感觉学习中发现的视觉成分受到影响(图2e，F)，但气味训练中的记忆不受影响。这表明多感官学习可能会扩大气味表征的范围，以包括视觉KCs。
图二。2 .之间的功能联系。M1效应子和皮质厚度。
神经元获得跨模态激活
在这项研究中，作者使用双光子功能成像(图3a-d)和电压成像技术直接测试在γd KCs中学习的气味诱发反应。作者对多感觉、单感觉和不成对训练进行了比较，发现多感觉训练后，CS+气味引起γ5区室γd KC轴突的显著去极化反应(图3a)。
作者进一步得出结论，通过招募γ5段，γd KC轴突的气味和颜色激活了多巴胺能奖赏教学信号，从而使γ-KC集合中的CS+气味兴奋和CS+颜色兴奋变宽(图3g)。作者还对轴突募集模型进行了检验，发现γ1下游的所有轴突节段均可被倒易模式兴奋(图4c)，但奖励学习主要改变γ4和γ5节段的CS+兴奋(图3g)。
这些发现为多感觉学习的记忆机制提供了新的解释，也揭示了γd KC轴突在多感觉学习后的重要作用。
图3。多感官学习将γd KCs转化为气味激活和γm KCs颜色激活。
图4 .厌恶多感觉学习后γd KC被气味激活。
记忆延伸有益于新的学习。
作者继续探索在多感觉训练后将CS+气味的表征扩展到γd轴突的特定部位是否有助于后续对相同气味的学习。在实验中，对苍蝇进行多感官训练，对它们进行单一气味奖励或气味惩罚训练(图4f，G)。结果显示，多感觉厌恶训练显著增强了随后的气味奖励学习(图4d)，但厌恶气味学习没有增强(图4e)。因此，当γ -d轴突段被适当激活时，CS+气味表征的多感觉训练扩展可以包含在下一个CS+气味记忆包中。
DPM神经元连接KC感觉流
然后，作者研究了苍蝇嗅觉学习的神经回路，特别关注嗅觉信息是如何在大脑中处理和存储的。他们发现了一种称为DPM(背侧成对内侧)神经元的细胞类型(图5a，B)，它连接两个不同的嗅觉神经元，并将它们带入同一个神经回路。这种神经元在多感觉学习过程中起着重要作用，有助于将嗅觉和视觉信息关联起来，从而形成更复杂的记忆。
通过一系列实验，作者揭示了DPM神经元如何促进嗅觉记忆的形成，以及它们如何与其他神经元相互作用来实现这一目标(图5c-h)。
图5。DPM介导的多感觉刺激组合
结论
这项研究发现，果蝇有一种神经机制，即多感觉学习可以提高记忆成绩。这种机制是通过将气味和颜色信息与DPM神经元相结合来实现的。该研究为我们深入了解果蝇海马相关模式提供了新的思路，并揭示了多感觉统合失调的致幻药物靶点。
原始链接:
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06013-8
参考
多感觉学习将神经元绑定到一个跨模态记忆印记中。《自然》(2023)。
由艾登(brainnews创意团队)编译
校对:西蒙(brainnews编辑部)
