Where memory is physically stored in the brain has been a challenging question for Neuroscience of learning and memory. Recent studies reveal that memory within a brain region is allocated to specific subset of neurons with relatively high level of CREB or excitability. By contrast with such neuronal allocation, synaptic-level allocation has been unknown. In this thesis, I show that using optogenetic manipulation of auditory inputs to the lateral amygdala, long-term potentiation (LTP) of the auditory synapses directs memory allocation to the synapses. During auditory fear conditioning, I delivered 10-Hz optogenetic stimulation at the auditory synapses immediately before the tone presentation, which enables induction of LTP at the synapses. Lack of the stimulation during conditioning, however, LTP at those synapses was not induced. Reactivation of the LTP synapses successfully induced rear memory recall, whereas inactivation of LTP synapses prevents fear memory recall even during presentation of the tone and the optogenetic stimulation. Furthermore, optogenetic reactivation of the LTP synapses made the memory reconsolidation-like labile state of auditory fear memory. Finally, long-term depression (LTD) of the LTP synapses at 6 hour after the training disrupted auditory fear memory persistently, whereas LTD at 2 minutes after the training did not. Altogether, these findings reveal that auditory fear memory allocates to the late-phase LTP (L-LTP)-induced synapses and propose that the synaptic memory allocation is composed of two-step "tagging and allocation" model, like "synaptic tag and capture" model of LTP in vitro.
기억이 어디에 저장되는지에 대한 질문은 학습과 기억 분야에 있어서 매우 중요한 질문 중 하나이다. 최근 수행된 신경세포 수준의 기억배치 연구들에서는 주변의 다른 세포들보다 CREB 단백질을 많이 발현하거나 높은 흥분성을 갖는 신경세포들이 기억을 보유하게 된다는 것을 밝혀왔다. 하지만 지금까지 시냅스 수준에서의 기억배치 메커니즘에 대해서 밝혀진 것이 없다. 이에 본 논문에서는 학습 직전의 광유전학적 시냅스 자극이 장기 시냅스 강화를 일으키는 것과 강화된 시냅스로 기억이 배치된다는 것을 보였다. 측면 편도체 영역의 청각 시냅스에 10 Hz의 광유전학적 자극이 청각 공포조건화 직전에 주어졌을 때, 채널로돕신 발현 시냅스에 장기 강화가 일어남을 관찰하였고, 반대로 광유전학적 자극이 주어지지 않았을 때는 그 시냅스에 장기 강화가 일어나지 않음을 관찰하였다. 또한 그렇게 강화된 시냅스를 자극함으로 공포 기억이 회상 되었으며, 그 시냅스를 청각 조건 자극이 주어지는 동안 불활성 시켰을 때에는 공포 기억 회상이 되지 않았다. 또한 광유전학적 공포 기억 회상 이후에 청각 공포 기억의 재공고화 과정과 유사한 기억의 불안정화 현상이 있음을 보였다. 더 나아가 학습 이후 여섯 시간 째에 장기 강화가 유도된 시냅스의 장기 약화를 통해 기억이 오래도록 회상 되지 않음과 이러한 기억의 불활성화는 학습 직후에 유도된 장기 약화로는 일어나지 않음을 관찰하였다. 지금까지의 결과를 토대로 나는 장기 강화가 유도된 시냅스로 청각 공포 기억이 배치된다는 것과 시냅스로 기억이 배치되는 과정이 장기 강화의 "시냅스 표지 및 포획 모델"과 유사한 두 단계로 이루어짐을 주장한다.
