电路的记忆形成机制

1。介绍

记忆的形成是一个最吸引人的和复杂的大脑功能。大量的研究在过去几十年已经大大增加了我们理解的分子和细胞过程潜在的学习,尤其是通过突触可塑性的详细调查。这种简化的方法,通常涉及在体外实验中,取得了巨大的成功在提供一个机械的学习框架单一神经元的水平。然而,现实生活中的记忆是通过动态的相互作用形成的许多神经元嵌入到大型网络。调查学习的机制和后果的神经元电路技术上更多的需求,我们才刚刚开始理解这一重要话题。特刊介绍最新进展在照明领域的最令人兴奋的问题电路的记忆形成机制。贡献的文章涵盖基本概念和假设潜在的记忆形成从突触可塑性机制在神经微电路电路重组在生理和病理的影响。

2。抑制电路的可塑性

神经元电路是由复杂的相互关联的兴奋和抑制性单位。兴奋和抑制的平衡是绝对至关重要的电路功能。大部分的研究都集中在兴奋性突触可塑性。然而,gaba ergic抑制大脑皮层中起着重要作用在发展和眼优势可塑性Heimel et al .感官剥夺了的视觉输入通过一只眼睛会导致对侧眼的输入的统治地位。这也改变了眼偏好皮质神经元的敏感时期。的一个核心机制负责打开敏感期是抑制性神经支配的成熟,还可能涉及到可塑性的抑制性输入。长期的多种形式和功能可塑性在综述了gaba ergic突触马费伊。新实验工作表明抑制性突触也经历了塑料的变化,遵循自己的学习规则。理解这些规则是至关重要的电路完全理解记忆形成机制。

3所示。学习和记忆的神经调节

远程neuromodulatory输入对当地的影响电路计算是目前一个非常动态的调查,特别是因为神经调节是众所周知的许多形式的学习是至关重要的。胆碱能系统与控制皮层可塑性在联想学习和感知地图可塑性。m . b . Verhoog和h . d . Mansvelder审查通过突触前ionotropic胆碱能调制作用受体如何创建简短的时间窗口在spike-timing-dependent可塑性突触调制。c·科勒等人解决海马和皮层记忆系统的调制由相对较少的已知的神经调质组胺。它们提供一个概览的解剖学类系统,组胺代谢,受体,营业额和介绍了组胺参与突触可塑性。最后,k .冈等人讨论如何突出neuromodulatory信号学习期间,多巴胺能预测误差信号,计算特别强调其他neuromodulatory系统的参与。

4所示。运动学习

在感觉运动回路可塑性领域已成为一个主要因为最近引入的脑机接口。专注于运动学习的老鼠,j·弗朗西斯和w·歌讨论行为可塑性机制,神经生理学,突触水平。此外,作者提出了抑制蛋白激酶M上的数据ζ,这对于维护长期势差是必要的。有关分子可塑性与行为变化,这些结果揭示电路运动学习的机制。这些皮质电路是由特定神经元成员之间的连接。虽然许多图案的突触连接已被阐明在体外,我们仍然知之甚少在完整的大脑网络活动的组织行为。d . f . Putrino等人解决这个问题在猫、执行熟练运动任务训练。他们描述动态飙升在初级运动皮层单一神经元之间的联系,这是高度敏感的自发错误任务的性能。j . a . Hosp和a·r·勒夫特最终审查不同的生理和病理情况下诱导神经可塑性和运动皮层电路重组。他们区分学习小说在健康个体运动序列,自发的缺血性损伤后大脑皮层重组,和熟练的运动再学习序列下neurorehabilitative训练受伤的大脑。虽然他们的主要焦点位于啮齿动物和非人灵长类动物的研究,作者还提供一个有用的前景为临床实践研究结果的影响。

5。电路在海马和杏仁核机制

hippocampal-entorhinal电路提供了最重要的解剖和功能基质对记忆形成和空间导航。有吸引力的网络模型的整合新形成的记忆涉及重复先前经验的飙升在睡眠期间海马的活动。l . Buhry等人贡献全面审查在大量文献等海马“重播”现象,这是相关神经序列记录在前勘探阶段。他们特别关注这些活动序列的关系在睡眠期间记忆的巩固。关键是,所有这些序列的不同口味活动不再允许看到这些序列仅仅是一个记忆回放的现象。因此作者提出离线连续活动的更广泛的概念框架,并讨论其可能与认知功能的关系。j•h·l·p·萨多夫斯基在类似,等人审查在活的有机体内研究海马大幅波涟漪复合物及其关系序列重复现象。与评审l . Buhry et al .,他们主要集中在细胞和电路机制可能是这一现象的基础。特定的重点放在如何传播活动模式之间的不同的海马和extrahippocampal地区在大幅波振荡以及突触可塑性可能受益于这种动力状态。k·j·杰弗瑞然后向读者介绍的一般概念和使用离散和连续吸引子网络参与空间导航。她评论这类吸引子网络存在的证据,最后提出了一个假说建模和实验研究部分重新映射和吸引子动力学如何hippocampal-entorhinal网络共存。类似的吸引子模型的结果可以解释“传送实验”被f·斯特拉和实验者。在这一实验中,一只老鼠迅速“传送”从一个熟悉的环境到另一个通过改变亮度条件。结果海马活动模式之间的交替两个表示是很短的一段时间,主要是没有显示中间模式,这表明attractor-type动力学。而连接内嗅皮层和海马结构系统是研究最多的古典陈述性记忆的形成,其他类型的学习与深部脑结构。恐惧条件反射,例如,是一个功能强大的模式调查联想学习的神经机制。杏仁核是一个关键的大脑区域为这种类型的学习,和最近的证据表明,它的功能作为一个中心在一个分布式网络集成和协调活动的大脑区域在厌恶学习。在这个问题上,h。丰田章男等人审查前扣带回皮层(ACC)的参与在恐惧中学习和比较的突触可塑性机制诱导ACC与杏仁核。

总之,这个特殊的问题总结了范围广泛的主题领域的电路可塑性和提供新的见解和观点连接分子机制和行为学习和记忆的结果。提出工作涵盖了实验数据和理论模型,可以解释的一些有趣现象计算和大脑中记忆的形成。

比约恩·m·康帕
安雅Gundlfinger
约翰内斯·j·Letzkus
基督教雷鲍德

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