Ансамбли Fos кодируют и формируют стабильные пространственные карты в гиппокампе.

May 19, 2024

Nature, том 609, страницы 327–334 (2022 г.) Процитировать эту статью

25 тысяч доступов

10 цитат

251 Альтметрика

Подробности о метриках

В гиппокампе пространственные карты формируются клетками места, а контекстуальные воспоминания, как полагают, кодируются как энграммы1,2,3,4,5,6. Инграммы обычно идентифицируются по экспрессии непосредственного раннего гена Fos, но мало что известно о паттернах нейронной активности, которые управляют и формируются экспрессией Fos у животных7,8,9,10. Т.о., неясно, кодируют ли Fos-экспрессирующие нейроны гиппокампа также пространственные карты и коррелирует ли экспрессия Fos со специфическими особенностями кода места и влияет ли на них11. Здесь мы измерили активность нейронов CA1 с помощью визуализации кальция, одновременно отслеживая индукцию Fos у мышей, выполняющих задачу пространственного обучения, зависящую от гиппокампа, в виртуальной реальности. Мы обнаружили, что нейроны с высокой индукцией Fos образуют ансамбли клеток с высококоррелированной активностью, демонстрируют надежные поля места, которые равномерно выстраивают окружающую среду и имеют более стабильную настройку в течение нескольких дней, чем близлежащие клетки, не индуцированные Fos. Сравнивая соседние клетки с функцией Fos и без нее с использованием подхода с редкой генетической потерей функции, мы обнаруживаем, что нейроны с нарушенной функцией Fos обладают менее надежной активностью, пониженной пространственной избирательностью и меньшей стабильностью в течение дня. Наши результаты показывают, что Fos-индуцированные клетки вносят вклад в коды места гиппокампа, кодируя точные, стабильные и пространственно однородные карты, и что сам Fos играет причинную роль в формировании этих кодов места. Таким образом, ансамбли Fos могут связывать два ключевых аспекта функции гиппокампа: энграммы контекстуальных воспоминаний и коды мест, лежащие в основе когнитивных карт.

Гиппокамп содержит энграммные клетки, которые играют привилегированную роль в кодировании и восстановлении воспоминаний4,12. Энграммные клетки обычно идентифицируются по экспрессии индуцируемого активностью транскрипционного фактора Fos13 во время кодирования воспоминаний7, и их синхронная активация может вызвать надежное воспроизведение воспоминаний8,14. Появляется все больше свидетельств того, что нейроны, определяемые экспрессией Fos, несут информацию о контексте, которую можно использовать для формирования устойчивых ассоциаций, например, между конкретной средой и неприятным результатом. Кроме того, гиппокамп содержит клетки места, которые кодируют пространственные карты окружающей среды и, как полагают, поддерживают пространственную память и навигацию2,3,15,16.

Несмотря на роль инграммных нейронов и клеток места в воспоминаниях гиппокампа, о взаимоотношениях между этими клетками известно очень мало, отчасти из-за сложности установления связи экспрессии Fos с предшествующими паттернами нейронной активности во время поведения5,11,17,18,19,20 21, а также потому, что нейроны, экспрессирующие Fos, в гиппокампе не были широко охарактеризованы в типичных парадигмах пространственного обучения, используемых для изучения клеток места. Поэтому мы стремились выяснить паттерны нейронной активности, которые управляют экспрессией Fos в гиппокампе мышей, выполняющих задачу пространственной памяти.

Примечательно, что связь между нейронной активностью и Fos двусторонняя. Помимо того, что Fos служит маркером поведенчески значимых нейронов, однажды индуцированный, он действует как критический регулятор программ экспрессии генов, контролирующих клеточные, синаптические и схемные модификации, которые, в свою очередь, точно настраивают сетевую активность11,22,23,24. Однако, хотя теории как инграмм, так и когнитивных карт указывают на то, что синаптическая пластичность обеспечивает стабилизацию воспоминаний гиппокампа25,26, лишь немногие исследования изучали функцию Fos как путь к более глубокому пониманию механизмов формирования, консолидации и извлечения памяти.

С этой целью мы недавно продемонстрировали, что Fos управляет специфичной для типа клеток тормозной пластичностью в области CA1 гиппокампа и что функция Fos необходима для гиппокампа-зависимого пространственного обучения в водном лабиринте Морриса24. Эти результаты позволяют предположить, что Fos может модулировать коды места, учитывая известное влияние ингибирования на активацию клеток места и вероятную роль клеток места в пространственном обучении16,27,28. Однако еще предстоит определить, действительно ли Fos играет активную роль в регуляции аспектов функции клеток места во время пространственной навигации.