Neuron：探秘记忆！海马回放在单次体验后出现，并在多次体验中融入更多记忆细节
近期，发表在Neuron 上题为“Hippocampal replays appear after a single experience and incorporate greater detail with more experience”的文章，通过记录大鼠在探索各种轨迹时海马神经元集合，发现大鼠在经历一次探索后，会出现持续的海马回放。而大鼠在新环境中，经历反复的探索体验后，海马回放速度减慢，抑制性皮层的参与则增加。
因此，海马回放可反映单一经验，并随着经验的增加而将更多的行为细节编码到回放记忆中。
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大鼠在一次探索行为体验后
出现海马回放
研究人员分析大鼠的假定海马(HP)神经元记录数据，用四个阶段的行为去测试在新环境中一次探索行为体验后海马回放情况：(1)老鼠先在熟悉平台上休息(Pre-Rest)；(2)在新轨道上跑1-2次(Run 1)；(3)再次在平台上休息(Rest)；(4)在轨道上跑多次(Run 2)。
比较Pre-Rest和Rest期间p值矩阵，发现大鼠仅在休息后，海马出现显著回放。在超过1小时的Rest期间，海马仅在一次行为体验后出现显著回放。通过分析大鼠在新轨道上跑完整一个回合的数据发现，大鼠第一次被放置在轨道上在探索前未观察到海马回放，但穿过轨道一次后，海马出现大量回放(图1)。
图1：大鼠经历一次探索行为体验后出现海马回放现象
大鼠局部回放会随着体验增加而减慢
研究发现，大鼠在一条全新轨道上，经历前14个关卡后，海马回放速度变慢、持续时间增加、次数减少(图2)。
图2：大鼠在全新环境中探索时，海马回放速度减慢
比较回放和非回放结果时，研究人员发现，与回放有很大不同，大鼠在通过轨道关卡时非回放事件不会减慢速度。另外，大鼠在两个不同的新轨道上奔跑，海马局部回放的持续时间增加，大鼠所处环境改变引起的回放减慢，而轨迹信息的峰值密度事件和远程环境的回放则没变化(图3)。
图3：海马回放在回放与非回放、局部与远程回放中的减慢
大鼠在休息时海马回放不减慢
而在添加更多更小的步骤后
回放可减慢
在大鼠休息期间进行海马回放测试，研究人员发现海马回放并未因休息而放慢速度，而只有在经历额外的持续体验后才会放慢速度(图4)。
图4：经验导致海马回放速度减慢
研究海马回放悬停和跳跃的动力学时，悬停和跳跃的特征如步长、悬停持续时间、γ频率等，这些指标在大鼠探索行为体验过程中保持不变，但海马回放的步骤数量增加，且每个步骤所覆盖的步长减少(图5)。
图5：添加更多、更小的步骤，海马回放速度减慢
探索行为体验可将更详细的内容
整合到海马回放中
研究人员分析发现海马回放悬停在特定位置的趋势取决于尖峰到信息的映射，比较第一次通过悬停位置分布的峰值数量与随机选择后续通过的回放生成的分布峰值数量发现，第一次通过的悬停分布的实际峰值平均数低于预期。因此，发现新的悬停位置可被插入到海马回放中（图6）。
图6：海马回放的悬停位置分布
较长、较晚的回放
与较高的神经元间期活性
和更长时间的PFC神经元调节有关
研究人员通过分析海马锥体神经元与同时记录的HP中间神经元以及公开数据集，观察到中间神经元在后期传递中更易被调节。研究人员分析4只大鼠的HP和前额皮质(PFC)神经元在11个阶段记录的数据，比较短、长回放时所有PFC神经元的z得分放电率，发现PFC神经元被调节的时间更长(图7)。
图7：海马抑制性神经元间区活动和PFC神经元活动的关系
总 结
大鼠在经历一次探索后，会出现持续的海马回放，而在新环境中，经历反复的探索体验后，海马回放速度会变慢。局部回放也会随着经验的增加变慢。
研究人员通过添加悬停位置等信息，发现行为体验可将更详细的内容整合到海马回放中。添加更多、更小的步骤，也使得海马回放步骤数量增加和每个步骤所覆盖的距离减少。
另外，海马回放同时记录的海马中间神经元和前额叶皮质神经元活动，为进一步了解海马回放减慢的机制和后果提供了线索。
参考文献
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.
编译作者：臻至秦（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
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