2025年7月9日，北京大學基礎醫學院神經生物學系、IDG麥戈文腦研究所張勇研究員課題組在Neuron在線發表題為“Dynamic redistribution of AMPAreceptorstoward memory-related neuronal ensembles in mice barrel cortex during sensory learning”的研究論文。本研究發現，感覺學習引起小鼠桶狀皮層（barrel cortex）記憶相關神經元集群（印跡細胞，engram cell）突觸可塑性變化，揭示AMPA受體在印跡細胞和非印跡細胞之間的動態重分布在感覺記憶形成和提取過程中發揮關鍵作用。

感覺學習是大腦處理信息、塑造行為和認知功能的核心過程。桶狀皮層作為整合感覺信息的關鍵腦區在感覺記憶存儲中扮演重要角色。領域內對記憶存儲的機制已有初步認識，普遍認為記憶印跡細胞和突觸可塑性（synaptic plasticity）共同介導這一過程；然而，記憶形成和提取過程中印跡細胞在突觸可塑性層面如何變化，突觸可塑性關鍵分子AMPA受體在此過程中是否存在神經元集群特異性的動態調控，尚未得到清晰地闡釋。為此，張勇團隊采用RAM（Robust Activity Marking）系統標記活性神經元集群，并結合在體雙光子成像、光遺傳學、化學遺傳學和電生理記錄等技術，探索了桶狀皮層感覺記憶相關印跡細胞的突觸重塑規律。

研究發現桶狀皮層中RAM系統標記的活性神經元（RAM+神經元）與小鼠胡須感覺檢測任務（Sensory detection task）中感覺記憶編碼直接相關：激活RAM+神經元可誘發舔水行為（模擬感覺感知），抑制該群體則顯著降低任務表現。不同層的桶狀皮層神經元對感覺學習呈現差異化的響應模式，通過系統對比活化神經元的群體組成、電生理特性及樹突棘變化等特征，作者發現感覺學習主要募集L2/3的興奮性神經元為記憶印跡細胞，并發生特異性修飾。

接下來，研究者采用在體雙光子成像對感覺學習過程中SEP-GluA1敲入小鼠L2/3中印跡細胞和非印跡細胞中突觸可塑性變化（樹突棘結構，樹突棘表面AMPA受體水平）進行了長時程檢測。結果顯示，感覺學習引起印跡細胞（RAM+）與非印跡細胞（RAM-）突觸功能發生差異化重塑，相比于非印跡細胞（RAM-），印跡細胞（RAM+）的樹突棘密度、體積以及樹突棘表面GluA1水平都發生特異性增加，更有意思的是，RAM+與RAM-神經元的樹突棘表面GluA1呈現相反的變化趨勢，均與小鼠行為表現成正相關性，提示印跡細胞和非印跡細胞對感覺記憶形成和提取都有貢獻。此外，作者還解析了感覺學習誘導的印跡細胞突觸可塑性變化的環路機制，發現感覺學習選擇性加強L4-L2/3 RAM+神經元間的突觸連接。

綜上，該研究揭示感覺學習誘導亞層選擇性的桶狀皮層神經元激活，并闡明了記憶印跡細胞（RAM+）特異性突觸可塑性變化。研究發現感覺學習選擇性增強特定神經元集群（L4-L2/3 RAM+神經元）的突觸連接效率，首次將記憶形成的細胞和突觸機制相關聯，為理解記憶存儲的神經基礎提供了重要依據，并為研究自閉癥、神經發育疾病等感覺處理缺陷相關疾病的致病機理提供了新的線索。

北京大學IDG麥戈文腦研究所張勇研究員為論文的通訊作者，博士生李君昭為第一作者。約翰霍普金斯大學醫學院Richard Huganir教授團隊、德克薩斯大學西南醫學中心林映晞教授團隊及北京師范大學章曉輝教授團隊為該研究提供了重要幫助。

https://authors.elsevier.com/a/1lPCr3BtfHC%7Een

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