新皮质是大脑中最大、最复杂的部分，长期以来一直被认为是记忆的最终存储场所。但是，过去的事件和经历的痕迹是如何放置在那里的呢?马克斯普朗克大脑研究所和弗莱堡大学医学院的科学家们发现，一个鲜为人知的大脑区域，即不确定带，有一种与新皮质交流的非常规方式，可以快速控制记忆的形成。
记忆是大脑最基本和最迷人的功能之一，它使我们能够从经验中学习并记住我们的过去。因此，它是我们个人和集体人类身份的核心要素。此外，对记忆的机械理解具有从记忆和焦虑症的治疗到人工智能和高效的硬件和软件设计的影响，因此不仅很有趣，而且也很重要。
为了形成记忆，大脑需要在来自环境的“自下而上”(或由外而内)的感觉信号与内部生成的“自上而下”信号之间建立联系，这些信号传达有关过去经历和当前经历的信息目标。这些自上而下(或由内而外)的信号仍然是神秘的，因此是当前研究的主要焦点。
过去几年的工作已经开始确定许多这样的自上而下的投影系统，它们都显示出几个共同点。它们通过兴奋发出信号(在皮层区域之间发送信息的标准方式)，并且还展示了一种常见的记忆编码机制——具有学习相关性的刺激会在这些系统中引起更强烈的反应，这表明这种正增强作用是拼图的一部分那是记忆痕迹。
“与这些系统相比，远程抑制通路更为稀疏且数量较少，但越来越多的证据表明它们仍然可以对网络功能和行为产生令人惊讶的强大影响，”大学教授 Johannes Letzkus 博士说。弗莱堡大学和马克斯普朗克脑研究所前研究组组长，他领导了发表在《神经元》上的新研究。“我们着手确定这种输入是否可能存在于新皮质中，如果存在，它们如何独特地促进记忆。”
该研究的第一作者和 Letzkus 实验室的博士后研究员 Anna Schroeder 博士决定专注于主要抑制性丘脑底核，即不确定带，以解决这个问题。虽然这个大脑区域的功能仍然像它的名字所暗示的那样神秘，但她的初步发现表明，不确定带发送抑制性投射，选择性地支配已知对学习很重要的新皮质区域。在她努力研究该系统在所有学习阶段的可塑性时，她实施了一种创新方法，使她能够在学习范式之前、期间和之后跟踪新皮质中单个不确定带突触的反应。
“结果是惊人的，”施罗德回忆道。“虽然大约一半的突触在学习过程中产生了更强的积极反应，但另一半却恰恰相反。实际上，我们观察到的是由于学习而在系统内完全重新分配抑制。”
这表明不确定带突触以一种独特的双向方式编码以前的经验。当科学家们将可塑性的大小与后天记忆的强度进行比较时，这一点尤为明显。他们发现了一种正相关，这表明不确定带投射编码了感官刺激的学习相关性。
在单独的实验中，施罗德发现在学习阶段沉默这些投射会损害以后的记忆痕迹，这表明这些投射中发生的双向可塑性是学习所必需的。她还发现，这些抑制性投射优先与新皮质中的其他抑制性神经元形成功能连接，实际上形成了一个远程去抑制回路。
“这种连接意味着不确定带的激活应该会导致新皮质回路的净兴奋，”施罗德说。“然而，将其与我们在学习中看到的抑制重新分配相结合表明，这种途径可能对新皮质处理产生更丰富的计算结果。”
科学家们对显示负增强的未定带突触群特别感兴趣，因为在之前研究的自上而下的兴奋性通路中从未观察到这种类型的可塑性。他们认为计算方法可能会提供有关这些独特反应如何发展的宝贵见解。
与柏林工业大学 Henning Sprekeler 教授及其团队的实验室合作进行的进一步分析表明，值得注意的是，这些负面反应是学习过程中刺激表征发生变化的主要驱动因素。
这项工作首次对长程抑制如何影响新皮层的计算进行了功能剖析。这项研究中确定的信号可能不仅对记忆至关重要，而且对许多其他大脑功能(如注意力)也很重要。此外，未定带是人类帕金森病患者脑深部刺激的标准靶标区域之一，为未来的转化工作开辟了一个有趣的可能性。
最终，这项研究有望激励其他研究人员继续探索长程抑制在调节新皮层功能中的作用，包括不确定带和其他尚未确定的来源。
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