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)歷反復的探索體驗后，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，并隨著經(jīng)驗的增加而將更多的行為細節(jié)編碼到回放記憶中。
大鼠在一次探索行為體驗后出現(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小時的Rest期間，海馬僅在一次行為體驗后出現(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個關卡后，海馬回放速度變慢、持續(xù)時間增加、次數(shù)減少(圖2)。
比較回放和非回放結果時，研究人員發(fā)現(xiàn)，與回放有很大不同，大鼠在通過軌道關卡時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程環(huán)境的回放則沒變化(圖3)。
大鼠在休息時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)體驗后才會放慢速度(圖4)。
研究海馬回放懸停和跳躍的動力學時，懸停和跳躍的特征如步長、懸停持續(xù)時間、γ頻率等，這些指標在大鼠探索行為體驗過程中保持不變，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)。
探索行為體驗可將更詳細的內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際峰值平均數(shù)低于預期。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間的PFC神經(jīng)元調節(jié)有關
研究人員通過分析海馬錐體神經(jīng)元與同時記錄的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節(jié)。研究人員分析4只大鼠的HP和前額皮質(PFC)神經(jīng)元在11個階段記錄的數(shù)據(jù)，比較短、長回放時所有PFC神經(jīng)元的z得分放電率，發(fā)現(xiàn)PFC神經(jīng)元被調節(jié)的時間更長(圖7)。
總 結
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)歷反復的探索體驗后，海馬回放速度會變慢。局部回放也會隨著經(jīng)驗的增加變慢。
研究人員通過添加懸停位置等信息，發(fā)現(xiàn)行為體驗可將更詳細的內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，海馬回放同時記錄的海馬中間神經(jīng)元和前額葉皮質神經(jīng)元活動，為進一步了解海馬回放減慢的機制和后果提供了線索。
參考文獻
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、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（內測中）
4、睡眠剝奪儀、體溫維持儀、智能熱板儀、轉棒疲勞儀、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）
