持续的警惕状态会产生与瞬间惊吓不同类型的记忆，这些差异与小鼠大脑中不同的信号分子有关。RIKEN 脑科学中心 (CBS) 的研究人员首次在活体小鼠大脑中可视化了这些动态，观察了支持记忆功能的快速和慢速分子通路。这些过程发生在称为星形胶质细胞的脑细胞中，揭示了这些细胞帮助神经元的另一种重要方式。
去甲肾上腺素，也称为去甲肾上腺素，是一种双重激素和神经递质，可以让身体做好行动准备。先前的研究表明，去甲肾上腺素的释放对于修饰突触很重要，突触是形成和巩固记忆的神经元之间的连接。星形胶质细胞是这些变化的关键介质，研究人员有兴趣实时观察小鼠学习时这些细胞中发生的情况。他们的研究于 1 月 24 日发表在Nature Communications上。
首先，该团队用一种称为光遗传学的方法用光人工刺激脑细胞，以诱导去甲肾上腺素释放。他们专注于起源于称为蓝斑的大脑部分的去甲肾上腺素能神经元。去甲肾上腺素释放启动了两个不同的分子事件链，第一个涉及钙活性，第二个涉及重要的信号分子 cAMP。星形胶质细胞中的钙水平在去甲肾上腺素释放后迅速升高，而 cAMP 水平的升高速度较慢但更持久。“我们认为这些快速和缓慢的动态变化很重要，因为星形胶质细胞中钙的升高促进了突触可塑性，或细胞形成新记忆连接的能力，而 cAMP 升高则动员了用于记忆巩固的能量代谢，”RIKEN CBS 的资深作者兼团队负责人 Hajime Hirase 说。
为了了解这些快速和缓慢的分子反应是如何自然触发的，随机向小鼠面部吹气以引起短暂的惊吓反应。在这种情况下，cAMP 水平根本没有上升，而钙如先前观察到的那样升高。在第二个实验中，小鼠接受了足部电击并伴有声音以产生恐惧记忆。当他们再次听到这个声音时，老鼠会因为期待电击而僵住。这一次，cAMP 水平明显升高，而钙水平也上升但很快变细。“当老鼠处于这种持续的警惕状态时，会释放大量去甲肾上腺素，同时逐渐建立 cAMP，”第一作者、Hirase 小组的研究科学家 Yuki Oe 解释道。“这反映了星形胶质细胞如何支持恐惧记忆的形成。”在给予去甲肾上腺素阻断药物的小鼠中，既没有观察到钙反应也没有观察到 cAMP 反应，这表明去甲肾上腺素释放确实是这些变化的触发因素。