近期，發(fā)表在Neuron 上題為“Hippocampal replays appear after a single experience and incorporate greater detail with more experience”的文章，通過記錄大鼠在探索各種軌跡時(shí)海馬神經(jīng)元集合，發(fā)現(xiàn)大鼠在經(jīng)歷一次探索后，會出現(xiàn)持續(xù)的海馬回放。而大鼠在新環(huán)境中，經(jīng)歷反復(fù)的探索體驗(yàn)后，海馬回放速度減慢，抑制性皮層的參與則增加。
因此，海馬回放可反映單一經(jīng)驗(yàn)，并隨著經(jīng)驗(yàn)的增加而將更多的行為細(xì)節(jié)編碼到回放記憶中。
大鼠在一次探索行為體驗(yàn)后出現(xiàn)海馬回放
研究人員分析大鼠的假定海馬(HP)神經(jīng)元記錄數(shù)據(jù)，用四個階段的行為去測試在新環(huán)境中一次探索行為體驗(yàn)后海馬回放情況：(1)老鼠先在熟悉平臺上休息(Pre-Rest)；(2)在新軌道上跑1-2次(Run 1)；(3)再次在平臺上休息(Rest)；(4)在軌道上跑多次(Run 2)。
比較Pre-Rest和Rest期間p值矩陣，發(fā)現(xiàn)大鼠僅在休息后，海馬出現(xiàn)顯著回放。在超過1小時(shí)的Rest期間，海馬僅在一次行為體驗(yàn)后出現(xiàn)顯著回放。通過分析大鼠在新軌道上跑完整一個回合的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大鼠**次被放置在軌道上在探索前未觀察到海馬回放，但穿過軌道一次后，海馬出現(xiàn)大量回放(圖1)。
大鼠局部回放會隨著體驗(yàn)增加而減慢
研究發(fā)現(xiàn)，大鼠在一條全新軌道上，經(jīng)歷前14個關(guān)卡后，海馬回放速度變慢、持續(xù)時(shí)間增加、次數(shù)減少(圖2)。
比較回放和非回放結(jié)果時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，與回放有很大不同，大鼠在通過軌道關(guān)卡時(shí)非回放事件不會減慢速度。另外，大鼠在兩個不同的新軌道上奔跑，海馬局部回放的持續(xù)時(shí)間增加，大鼠所處環(huán)境改變引起的回放減慢，而軌跡信息的峰值密度事件和遠(yuǎn)程環(huán)境的回放則沒變化(圖3)。
大鼠在休息時(shí)海馬回放不減慢而在添加更多更小的步驟后回放可減慢
在大鼠休息期間進(jìn)行海馬回放測試，研究人員發(fā)現(xiàn)海馬回放并未因休息而放慢速度，而只有在經(jīng)歷額外的持續(xù)體驗(yàn)后才會放慢速度(圖4)。
研究海馬回放懸停和跳躍的動力學(xué)時(shí)，懸停和跳躍的特征如步長、懸停持續(xù)時(shí)間、γ頻率等，這些指標(biāo)在大鼠探索行為體驗(yàn)過程中保持不變，但海馬回放的步驟數(shù)量增加，且每個步驟所覆蓋的步長減少(圖5)。
探索行為體驗(yàn)可將更詳細(xì)的內(nèi)容整合到海馬回放中
研究人員分析發(fā)現(xiàn)海馬回放懸停在特定位置的趨勢取決于尖峰到信息的映射，比較**次通過懸停位置分布的峰值數(shù)量與隨機(jī)選擇后續(xù)通過的回放生成的分布峰值數(shù)量發(fā)現(xiàn)，**次通過的懸停分布的實(shí)際峰值平均數(shù)低于預(yù)期。因此，發(fā)現(xiàn)新的懸停位置可被嵌入到海馬回放中（圖6）。
較長、較晚的回放與較高的神經(jīng)元間期活性和更長時(shí)間的PFC神經(jīng)元調(diào)節(jié)有關(guān)
研究人員通過分析海馬錐體神經(jīng)元與同時(shí)記錄的HP中間神經(jīng)元以及公開數(shù)據(jù)集，觀察到中間神經(jīng)元在后期傳遞中更易被調(diào)節(jié)。研究人員分析4只大鼠的HP和前額皮質(zhì)(PFC)神經(jīng)元在11個階段記錄的數(shù)據(jù)，比較短、長回放時(shí)所有PFC神經(jīng)元的z得分放電率，發(fā)現(xiàn)PFC神經(jīng)元被調(diào)節(jié)的時(shí)間更長(圖7)。
總 結(jié)
大鼠在經(jīng)歷一次探索后，會出現(xiàn)持續(xù)的海馬回放，而在新環(huán)境中，經(jīng)歷反復(fù)的探索體驗(yàn)后，海馬回放速度會變慢。局部回放也會隨著經(jīng)驗(yàn)的增加變慢。
研究人員通過添加懸停位置等信息，發(fā)現(xiàn)行為體驗(yàn)可將更詳細(xì)的內(nèi)容整合到海馬回放中。添加更多、更小的步驟，也使得海馬回放步驟數(shù)量增加和每個步驟所覆蓋的距離減少。
另外，海馬回放同時(shí)記錄的海馬中間神經(jīng)元和前額葉皮質(zhì)神經(jīng)元活動，為進(jìn)一步了解海馬回放減慢的機(jī)制和后果提供了線索。
參考文獻(xiàn)
Berners-Lee A, Feng T, Silva D, Wu X, Ambrose ER, Pfeiffer BE, Foster DJ. Hippocampal replays appear after a single experience and incorporate greater detail with more experience. Neuron. 2022 Mar 31:S0896-6273(22)00246-X. doi: 10.1016/j.neuron.2022.03.010. Epub ahead of print. PMID: 35381188.
動物行為分析軟件：
1. VisuTrack軟件
2. SuperMaze軟件
3. FishTrack斑馬魚分析軟件
動物行為儀器：
1. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、震驚反射（PPI）、跑步機(jī)、各類經(jīng)典迷宮等
2、動物抓撓分析儀、動物震顫行為分析儀、動物捕食行為分析儀
3、動物主動步態(tài)分析、動物被動步態(tài)分析、動物自由步態(tài)分析（內(nèi)測中）
4、睡眠剝奪儀、體溫維持儀、智能熱板儀、轉(zhuǎn)棒疲勞儀、鼠尾光照測痛儀等
神經(jīng)電生理：
1、光遺傳、無線光遺傳
2、光纖記錄系統(tǒng)（單通道、多通道）
3、電生理信號采集系統(tǒng)（腦電、肌電等）
