隨着年齡的增長，人們的工作記憶往往會退化，使得執行日常任務更加困難。與這種類型的記憶有關的一個關鍵大腦區域是丘腦前核，它主要參與空間記憶–對我們周圍環境的回憶以及如何導航它們。
在最近的一項小鼠研究中，麻省理工學院的研究人員確定了丘腦前核中的一個迴路，該迴路對於記憶如何在迷宮中導航是必要的。科學家們還發現，這一電路在老年小鼠中受損，但增強其活動可大大改善它們正確運行迷宮的能力。
據研究人員稱，這一區域可能是一個很好的治療目標，可以幫助扭轉老年人的記憶喪失，而不影響大腦的其他部分。
麻省理工學院James W. and Patricia T. Poitras腦與認知科學教授、哈佛大學和麻省理工學院Broad研究所成員、麻省理工學院McGovern腦研究所副主任馮國平說：“通過了解丘腦如何控制皮質輸出，希望我們能在這個區域找到更具體和可藥用的目標，而不是普遍調節有許多不同功能的前額皮質。”
馮國平是這項研究的資深作者，該研究於 5月25日發表在《美國國家科學院院刊》上。Dheeraj Roy，美國國立衛生研究院K99獎獲得者和布羅德研究所的麥戈文研究員，以及張穎，麥戈文研究所的J. Douglas Tan博士后研究員，是該論文的主要作者。
空間記憶
丘腦是位於大腦中心附近的一個小結構，有助於工作記憶和許多其他執行功能，如計劃和注意力。馮國平的實驗室最近一直在研究丘腦的一個區域，即丘腦前核，它在記憶和空間導航方面有重要作用。
以前對小鼠的研究表明，丘腦前核的損傷導致空間工作記憶的損害。在人類中，研究顯示丘腦前核的活動與年齡有關的下降，這與空間記憶任務的低表現相關。
丘腦前核分為三個部分：前腹側核、前內側核和前背側核。在去年發表的一項研究中，同一組研究人員分析了了前背側核和前腹側核丘腦在記憶形成中的作用。他們發現，前背側核參與創建物理空間的心理地圖，而前腹側核則幫助大腦將這些記憶與其他類似空間的記憶區分開。
在他們的新研究中，研究人員希望更深入地觀察視丘腦，探索它在空間工作記憶任務中的作用。為了做到這一點，他們訓練小鼠運行一個簡單的T形迷宮。在每次試驗開始時，小鼠一直跑到T字形，其中一個通道被封鎖，迫使它們沿着另一個通道跑。然後，小鼠再次被置於迷宮中，兩個通道都打開。如果小鼠選擇了與第一次跑步相反的通道，它們就會得到獎勵。這意味着，為了做出正確的決定，它們必須記住它們在前一次運行中轉向的方向。
在小鼠執行任務時，研究人員使用光遺傳學來抑制任務三個不同部分的前背側核神經元的活動：採樣階段，發生在第一次跑步時；延遲階段，當他們等待第二次跑步開始時；以及選擇階段，當小鼠在第二次跑步時決定轉向哪邊時。
研究人員發現，在採樣或選擇階段抑制房室神經元對小鼠的表現沒有影響，但當他們在延遲階段（持續10秒或更長時間）抑制房室活動時，小鼠的任務表現要差得多。
這表明，在任務需要時，視聽神經元對保持信息在腦海中是最重要的。相反，抑制前背側核神經元會破壞採樣階段的表現，但在延遲階段影響不大。這一發現與研究小組的早期研究相一致，該研究顯示前背側核神經元參與形成物理空間的記憶。
“一般來說，丘腦前核是一個空間學習區域，但在這個維持期，在這個短暫的延遲期，似乎需要腹側神經元，” Roy說。“現在我們在丘腦前核內有兩個分區：一個似乎有助於背景學習，另一個實際上有助於保持這種信息。”
與年齡有關的下降
研究人員隨後測試了年齡對這個電路的影響。他們發現，年齡較大的小鼠（14個月）在T型迷宮任務中的表現較差，其房室神經元的興奮性較低。然而，當研究人員人為地刺激這些神經元時，小鼠在任務中的表現就會有顯著改善。
提高這項記憶任務表現的另一個方法是刺激前額葉皮層，而前額葉皮層也會經歷與年齡相關的衰退。然而，研究人員發現，激活前額葉皮層也會增加小鼠的焦慮程度。
張穎說：“如果我們直接激活內側前額葉皮層的神經元，它也會引起焦慮相關的行為，但這不會在前腹側核激活期間發生。與前額葉皮層相比，這是激活前腹側核的一個優勢。”
研究人員說，如果可以用一種非侵入性或微侵入性的技術來刺激人腦中的這些神經元，它可以提供一種幫助防止與年齡有關的記憶衰退的方法。他們現在正計劃對丘腦前核的神經元進行單細胞RNA測序，以找到可用於識別將成為最佳目標的細胞的基因特徵。