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审阅｜管吉松，谢红
责编︱王思珍
大脑是一个充满活力且极具可塑性的器官，这一点在诸如感觉适应等现象中得到了充分验证。在听觉、视觉以及新皮层这些区域，神经元对于反复出现的刺激，其反应会逐渐减弱，这就是所谓的感觉适应。相比之下，记忆则展现出了它的稳定性，对于某些刺激能够产生强烈且持久的反应。消退和再巩固等生理过程，更是进一步增强了神经元反应的灵活性。突触可塑性不仅是感觉适应的基石，也是记忆得以巩固的关键所在。从细胞层面来看，记忆印迹神经元（engram）就像是新记忆的“代言人”，它们在海马体、杏仁核以及新皮层中都有出现。这些神经元在学习时被激活，但随着时间的推移，部分会逐渐失去活性，而新皮层中的少数神经元则负责长期记忆的存储。然而，关于这种记忆印迹神经元的变化和适应是如何被调节的，目前领域内还不甚了解。本研究的主要目的，就是探索新皮层细胞活动适应的调节机制，以及这种机制与持续记忆和长期记忆之间可能存在的联系。另外，生物神经系统还呈现出一种稳态调节特性，即神经元活动在受到干扰后会重新恢复到原有的水平，这是由突触稳态调整所实现的。这一现象在体外培养神经元和小鼠新皮层的实验中都得到了验证，它可能有助于记忆印迹的动态调整。在群体神经元中，长期稳定的记忆印迹细胞是如何出现的？神经群体活动的稳态调控是否具有可以定量的规律？借助高通量神经活动记录，追踪神经元的活动可能揭开相应的奥秘。
近日，上海理工大学的谢红团队、上海科技大学的管吉松团队和德国汉堡大学的Claus C. Hilgetag团队在Communications Biology上发表了题为“Rectified activity-dependent population plasticity implicates cortical adaptation for memory and cognitive functions”的文章，研究首次发现了大脑皮层中以群体神经活动为对象的群体整流可塑性（Rectified activity-dependent population plasticity，RAPP），这种定量的规律揭示了神经网络稳态调节的机制，并发现了相关规律可以预测记忆印迹神经元形成的动态特性。研究提示了在网络群体神经元层面的调控规律参与到建立皮层长期记忆印迹的过程中。（拓展阅读：管吉松/谢红课题组相关研究进展，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Nat Commun｜上海科技大学管吉松团队发现调控记忆印迹生成的关键表观遗传学因子；Nat Commun︱管吉松课题组发现海马体对记忆存储的重要索引机制）
图1.群体神经元大规模神经活动记录
图2. 群体神经元表现出的稳态调节规律，群体整流可塑性（RAPP）。
图3.RAPP预测了皮层长期记忆印迹细胞的动态演化规律。
图4. 海马体对皮层神经活动稳态调节的影响。
大脑皮层神经网络根据神经元活动情况发生具有整流特性的群体活动稳态调控演化，形成既精简又长久的记忆。皮层上的这个过程受到海马体活动的调节。此外，通过放电神经网络（spiking neural network）模型模拟，研究者还发现这种RAPP形式的群体水平调控可能是由于网络变化过程中抑制性神经元连接的稳定性所引起的，并且RAPP规律的参数也受到了神经元兴奋性的调节。研究者尝试将RAPP规则引入到人工神经网络（CNN）的学习算法中，发现这种方法在处理小样本任务时表现良好。
RAPP规律的发现揭示了神经元群体水平的可塑性调控。模型结果显示，RAPP规律可能对于大脑记忆的灵活保持和长期留存至关重要，它揭示了在环境适应和学习任务中皮层活动的基本规律。
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