1为什么有些东西见过一次就忘不掉?

当我们第一次看到一部新手机、一辆新车,或者一个陌生人时,大脑会迅速判断:“这是我以前见过的吗?”

这种能力被称为新物体识别记忆(Novel Object Recognition,NOR)。

它是认知功能的重要组成部分,也是阿尔茨海默病、轻度认知障碍、精神疾病等领域最常用的行为学评价指标之一。

长期以来,研究人员已经知道海马体参与记忆形成;内嗅皮层(EC)负责信息整合;下托(Subiculum,SUB)是海马体的重要输出区域。但一个关键问题始终没有解决:在记忆提取阶段,到底是哪一类神经元、通过哪条神经环路,让动物能够识别“这个物体我见过”?

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2026年,浙江大学与浙江中医药大学研究团队在国际顶级期刊《Advanced Science》发表研究:Fibronectin1-Expressing Subicular Circuits Selectively Govern the Retrieval of Novel Object Recognition

研究首次发现Fibronectin1(FN1)阳性下托神经元及其投射至内嗅皮层的神经环路,是新物体识别记忆提取的关键调控节点

论文上线截图
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论文上线截图

2研究核心问题

作者希望回答三个关键科学问题:

问题1:下托区域是否参与新物体识别记忆?

问题2:下托向哪些脑区投射能够调控记忆提取?

问题3:是否存在特定分子标记的神经元亚群负责这一功能?

3整篇论文研究思路

研究逻辑可以概括为:

行为学发现

下托神经元在NOR过程中被激活

证明下托仅参与记忆提取

筛选关键输出环路

发现SUB→EC环路

寻找特异性神经元亚群

发现FN1阳性神经元

FN1敲低导致NOR缺陷

发现BK通道异常

阐明FN1-BK通路机制

构建完整神经环路模型

整篇论文最大的特点是从“脑区→环路→细胞→分子→离子通道”层层递进,最终建立完整机制链条。

4第一部分:下托真的参与新物体识别吗?

光纤记录实验

作者首先在小鼠下托区域表达GCaMP6f。利用光纤记录系统实时监测神经活动。

实验发现当小鼠接触新物体时,下托Ca²⁺信号显著增强。而接触熟悉物体时,神经活动明显降低。这说明下托能够区分“新”和“旧”的物体信息。

行为学验证

研究团队进一步进行了NOR实验、OLR实验、Y迷宫、水迷宫、恐惧记忆实验。

结果发现抑制下托神经元后NOR下降;OLR(物体位置识别)下降,但水迷宫正常;恐惧记忆正常,说明下托并不参与所有类型记忆,而是特异性参与物体识别记忆。

5第二部分:下托究竟在记忆哪个阶段发挥作用?

记忆过程通常分为:

编码(Encoding),第一次接触物体

巩固(Consolidation),形成长期记忆

提取(Retrieval),再次识别物体

作者分别在三个阶段抑制下托神经元。

结果十分有趣:

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这说明下托并不是负责“存储记忆”,而是负责“调用记忆”

换句话说记忆已经存在,但如果下托失活,动物无法把记忆读取出来。

下托–内嗅皮层回路选择性调控新物体识别记忆提取
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下托–内嗅皮层回路选择性调控新物体识别记忆提取

6第三部分:究竟是哪条神经环路在工作?

下托是海马体的重要输出中心,其主要投射包括Entorhinal Cortex(EC)、Retrosplenial Cortex(RSC)、Mammillary Body(MB)、Anterior Thalamic Nucleus(ANT)。研究者逐一筛查这些环路。

环路筛选

利用化学遗传学技术分别抑制SUB→EC、SUB→RSC、SUB→ANT、SUB→MB。

结果发现只有SUB→EC抑制后出现显著NOR缺陷。其他环路均无明显变化。说明下托到内嗅皮层是控制新物体识别的核心通路。

光遗传学验证

作者进一步采用光遗传学技术。激活SUB→EC,NOR增强。抑制SUB→EC,NOR下降。至此证明SUB→EC环路与NOR存在直接因果关系。

FN1定义了NOR提取过程中海马下托回路的一个功能性分子组分
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FN1定义了NOR提取过程中海马下托回路的一个功能性分子组分

7第四部分:FN1阳性神经元登场

找到关键环路后,作者提出新问题SUB区域中到底是哪类神经元负责这一功能?

通过转录组分析和示踪实验,研究人员发现一群高表达Fibronectin1(FN1)的神经元高度富集于SUB→EC环路。

FN1是什么?

Fibronectin1通常被认为是细胞外基质蛋白,组织修复相关蛋白。

过去几乎没人认为它会参与记忆调控。因此这一发现非常意外。

8第五部分:FN1真的决定记忆吗?

为了验证FN1作用,作者利用AAV病毒敲低FN1表达。

结果发现NOR实验,显著受损;OLR实验,显著受损;水迷宫,无变化;恐惧记忆,无变化。

再次说明FN1选择性调控识别记忆,而非广义学习记忆。

9第六部分:FN1如何影响神经元?

研究团队进行了Patch Clamp膜片钳实验

结果发现FN1缺失后,动作电位数量减少;放电频率下降;神经元兴奋性降低。这说明FN1能够维持神经元正常放电能力。

10第七部分:锁定真正机制——BK通道

随后研究者检测离子通道变化。发现FN1敲低后,BK通道表达显著下降。

BK通道简介

BK通道,全称Large Conductance Calcium-Activated Potassium Channel

特点:调控动作电位;调控神经元兴奋性;调控突触传递;救援实验

作者进一步激活BK通道。结果FN1敲低导致的神经元放电下降;NOR缺陷,均被部分恢复。最终证明:

FN1

BK Channel

神经元兴奋性

SUB→EC环路功能

NOR记忆提取

FN1敲低改变锥体神经元的固有兴奋性,这可能与BK通道表达增加有关
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FN1敲低改变锥体神经元的固有兴奋性,这可能与BK通道表达增加有关

11第八部分:完整神经环路模型建立

最后,研究者利用Rabies病毒单突触示踪。发现FN1阳性SUB神经元主要接受CA1输入

形成:

CA1

FN1+ SUB

Entorhinal Cortex

Novel Object Recognition Retrieval

至此,完整神经环路被成功构建。

12本研究四大创新点

创新点1:

首次发现SUB→EC环路,专门调控新物体识别记忆提取。

创新点2:

首次鉴定,FN1阳性下托神经元作为NOR关键细胞群。

创新点3:

揭示FN1不仅是分子标志物,更是功能调控因子。

创新点4:

建立FN1→BK通道→神经元兴奋性

完整机制链条

13本研究涉及哪些主要实验技术?

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14对神经科学研究的意义

过去十年,海马体记忆研究主要聚焦CA1、CA3、DG,而下托(Subiculum)长期被视为“信息中转站”。

本研究表明下托并非简单的信息输出结构,而是决定识别记忆提取的重要调控中心。更重要的是,研究发现了一个此前从未被关注的分子Fibronectin1(FN1),未来有望成为阿尔茨海默病、轻度认知障碍(MCI)、认知衰退等疾病的新型干预靶点。

这项发表在《Advanced Science》的研究,通过行为学、光纤记录、光遗传学、化学遗传学、病毒示踪、膜片钳等多种技术手段,首次揭示了FN1阳性下托神经元及其SUB→EC神经环路是新物体识别记忆提取的关键调控单元。研究进一步发现FN1通过调控BK钾通道维持神经元兴奋性,从而保障记忆信息的成功读取。该成果不仅刷新了我们对下托功能的认知,也为认知障碍疾病的机制研究和干预策略提供了新的理论基础。

仪器应用启示本研究涉及的新物体识别实验(NOR)、Y迷宫、Morris水迷宫、光纤记录、光遗传学和病毒示踪等技术,是当前学习记忆研究领域最核心的实验平台。其中,NOR作为文章的核心行为学评价手段,贯穿了从环路筛选到机制验证的全过程,再次体现了认知行为学实验在神经环路研究中的重要价值。

作者提示: 个人观点,仅供参考

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SA225 新物体识别系统

新物体识别测试(object recognition test)是利用动物先天对新物体有探索倾向的原理而建立的学习记忆测试方法。该方法具有让老鼠在自由活动状态下进行学习记忆测试的特点,能更近似地模拟人类的学习记忆行为。同时,通过新物体(形状、大小等)的灵活变换该实验还允许测试动物长期或短期记忆机制的形成以及急性药物在特定阶段的记忆形成的影响评判。

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Y迷宫主要应用于动物的辨别性学习,工作记忆及参考记忆的测试。Y迷宫由三个完全相同的臂组成。每个臂尽头有食物提供装置,根据分析动物取食的策略即进入各臂的次数、时间、正确次数、错误次数、路线等参数可以反映出实验动物的空间记忆能力。相对而言,Y迷宫简便、可行,相对八臂迷宫来说更加简单,有一定的实用性,现常用于学习记忆功能评价。

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SA218 场景恐惧实验系统

SA218是一款心理学和神经科学研究中的重要工具,主要用于探究恐惧反应的机制及其在焦虑障碍等心理疾病中的作用。该系统通过模拟特定场景或刺激,帮助研究者分析恐惧的形成与消退过程,评估暴露疗法、认知行为疗法等治疗方法的有效性,并辅助抗焦虑药物的开发。同时,它还能监测心率、皮肤电等生理指标以识别恐惧相关的生物标志物,观察个体行为反应模式,并为心理学教育提供实践支持,从而为理解恐惧的神经心理机制和临床干预提供科学依据。

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SA209 强迫游泳实验系统

强迫游泳实验系统主要用于抗抑郁、镇静以及止痛类药物的研究。该仪器适用于大鼠、小鼠或其他实验室动物,通过将实验动物置于一个局限的环境中(如水中),动物在该环境中拼命挣扎试图逃跑又无法逃脱,从而提供了一个无可回避的压迫环境,一段时间的实验后,动物即表现出典型的“不动状态”,反映了一种被称之为“行为绝望状态”,记录处于该环境的动物产生绝望的不动状态过程中的一系列参数。