外侧杏仁核（LA）通过增强与威胁相关的感官输入来编码恐惧记忆，每个恐惧记忆激活10-30%的神经元。利用恐惧条件大鼠的电生理记录和光遗传标记，近日， Ron Stoop团队发现恐惧调节特异性地增强了神经元间的突触连接，并暗示少量锥体神经元能编码大量记忆。
他们的成果发表在最新一期的Nature Neuroscience杂志上，名为 “Fear learning induces synaptic potentiation between engram neurons in the rat lateral amygdala”
自LeDoux和Shinnick-Gallagher的研究以来，LA在恐惧学习中的作用备受关注。作者通过多种技术发现，恐惧学习可增强LA神经元间的突触连接。研究结果显示，体外Hebbian刺激和体内恐惧学习均能诱导LA局部神经元间的突触可塑性和功能连接增加，表明恐惧记忆的编码可能通过LA局部兴奋回路的变化实现。
1. LA内的稀疏连接
作者在大鼠水平脑切片中使用全细胞贴片记录，研究了LA神经元之间的兴奋性突触连接。他们发现，89个兴奋连接均匀分布在左右半球的637个记录中（见图2a，b）。这些连接的水平为2.1%，介于海马CA3（0.9%）、梨状皮层（1.0%）和初级感觉皮质（>10%）之间。突触后电位的量子大小和释放点数量（见图2c，d）与先前研究的数据相似。进一步分析显示，最高的连接概率和突触强度在100µm半径范围内显著增加，并随着距离增加而迅速下降（见图3a）。在复杂的连接中，超过75%的连接显示出double-divergent、triple-convergent、reciprocal和feed-forward特征，明显多于随机连接模型的预期（见图3b）。这些结果揭示了大鼠LA神经元之间在局部网络中复杂的连接模式和组织特征。
图1水平脑片中进行了12次全细胞贴片记录，并进行了事后荧光生物素染色.
图2 LA内的功能连接。
图3 LA网络组织和LA内信号传播。2. 整体LA的信号处理
作者通过bicuculline perfusion诱导谷氨酸能性癫痫爆发 （glutamatergic epileptiform bursts），进一步研究LA网络的功能组织。发现爆发在尾部朝向内侧和向前方向传播，连接LA的中央和基底杏仁核输出区域。观察到伴随动作电位的减少，显示出33%的促进、46%的稳定、13%的抑制和8%的未分类接触（图3c，d，e）。这揭示了LA网络在足够突触激活下充当高通滤波器，传播动作电位。
3. In vitro连接的增强
作者评估了LA网络的局部突触可塑性，通过Hebbian观察到了LA-LA连接的显著增强（图4a）。这种增强仅出现在更易兴奋的神经元中，而不影响其他连接（图4a-b）。突触强度与内在兴奋性无关，但兴奋性影响了神经元在恐惧记忆中的活动（图4c）。这种机制可能通过重新分配突触效能来增强神经元的共激活，从而提高网络对刺激的敏感性。
图4 LA神经元之间的体外突触可塑性。4. CFC（cued fear conditioning）之后的ex vivo连接
作者标记经过CFC后在LA神经元中激活的细胞（图5a）。结果显示，经过恐惧记忆后，约24%的LA神经元表达dGFP（图5b），并且这些神经元显示出更多的连接性（7.2% vs. 1.4%），以及更高的uEPSP响应（见图5c）。进一步的实验表明，这种激活引起的连接强化是由CFC诱导的，与一般切片中的突触强度没有相关性。此外，作者确认了CFC后招激活的LA神经元间的突触增强，从而促进了恐惧记忆后的信号传播可靠性（见图5d）。
图5 CFC（in vivo）诱导的ex vivo增强。5. CFC驱动的连接增强
在恐惧记忆中，CFC后激活的LA神经元显示出显著增强的功能连接性（图6a，c）。这与它们在CFC之前相比没有显著差异，这已经表明激活中的神经元没有功能连接偏差。此外，激活的神经元在基线激活率上也显著高于非激活神经元（图6d），支持内在兴奋性预测神经元激活的概念。尽管他们没有直接确定局部突触连接的增强是否受其他因素影响，但体内和体外发现之间的一致性支持了这一解释。
图6 LA神经元之间的in vivo连接和可塑性。6. 光遗传重新激活被激活的神经元
在ex vivo和in vivo实验中，作者发现其与LA的神经元集合体一致的结果。恐惧学习后，激活的神经元之间的局部连接增强，信号传播得到增强。在识别被激活的神经元之后（如图7a），作者发现，对CS+有反应的主要LA神经元也对蓝光有反应，且在蓝光反应神经元中，激活的神经元之间的因果连接显著增强（图7d）。此外，蓝光能够完全恢复恐惧记忆期间活跃的神经元的重新激活水平（图7e）。总体而言，这些发现强调了体外和体内方法在识别相同神经元集合方面的可比性。
图7激活光遗传标记的恐惧记忆痕迹能诱导冻结行为。总结
作者研究了LA神经元之间的局部连接及其在恐惧学习中的调节。发现LA神经元间的稀疏连接通过突触增强，在恐惧学习后加强，可能促进了信号处理。这些结果提供了理解学习和记忆神经机制的新视角。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41593-024-01676-6
参考文献
Abatis M, Perin R, Niu R, van den Burg E, Hegoburu C, Kim R, Okamura M, BITO H, Markram H, Stoop R. Fear learning induces synaptic potentiation between engram neurons in the rat lateral amygdala. Nat Neurosci. 2024 Jun 13. doi: 10.1038/s41593-024-01676-6. Epub ahead of print. PMID: 38871992.
编译作者：Ayden（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
