Nat Neurosci最新上线研究：揭示海马齿状颗粒细胞参与记忆调控的新机制
为了处理记忆中的信息，海马体使用稀疏的神经元群活动，因此只有一小部分神经元同时被招募。齿状回DG通过将感觉信息传递到海马体来支持这一过程。在哺乳动物的大脑中，DG在整个成年期都会产生新的兴奋性神经元。这些成年出生的齿状颗粒细胞（abDGC）在几周内整合到海马回路中，并支持各种海马依赖性行为。然而，abDGC对海马放电动力学的贡献尚不清楚。
近日，英国牛津大学临床神经科学David Dupret教授研究团队在Nature Neuroscience发表研究，发现abDGC在新刺激的记忆加工过程中促进更稀疏的海马神经元尖峰放电。
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1.成年出生颗粒细胞的尖峰活性特征
研究人员首先记录了空间探索期间小鼠海马中abDGC的尖峰活动。利用病毒和基因鼠策略（Nestin-cre）记录光遗传学干预前后小鼠探索熟悉和新颖场所的神经元群活性。
在光干预前，abDGC的平均放电率明显高于其他DG主细胞（PCs），与熟悉的环境相比，新环境时DG PCs和abDGC的放电都有所增加，且abDGC的增加更明显[Fig.1]。此外，abDGC峰值携带的空间信息明显少于其他DG PCs[Fig.1h]。因此，abDGC构成了对环境新奇性反应增强的高放电DG PCs的一个亚群。
Figure 1 成年出生的海马神经元构成高放电PCs的一个子集
2.abDGCs促进更稀疏的
海马神经元群活动
abDGC放电是否与海马神经网络活动的时间动力学相耦合。与其他PCs神经元群相比，abDGC表现出明显更强的θ相位调制[Fig.2d]。表明abDGC亚群可能对下游海马活动产生强烈影响。发现4–7周龄abDGC的光遗传激活人为地诱导了一些DG、CA3和CA1中间神经元的放电活动[Fig.2f]，与自发abDGC尖峰后的时间延迟相似（约20–40 ms）[Fig.2e]。
这说明abDGC可以通过抑制性中间神经元控制总的放电活动，从而在整个网络中形成尖峰动态，帮助下游PCs在时间结构上神经元群的组织。
Figure 2 成年出生的海马神经元与时间网络动力学相耦合，增加了神经元群的稀疏性
3.abDGC对网络稀疏性的关键时期
为了确定对网络稀疏性的影响是否取决于短暂（4-7周）期间abDGC的活动，研究人员评估激活成熟后（9-12w）的abDGC是否也会改变海马种群稀疏性。
结果发现在空间探索期间，激活这些较老的abDGC（9-12w）不会影响神经元群稀疏性[Fig.3a-c]，与激活4–7周成熟期abDGC时发现的稀疏性增加形成鲜明对比。此外，激活4-7周龄的abDGC抑制了CA1 PC峰值，而激活9-12周龄abDGC则没有影响，却能产生一些局部效应[Fig.3d]。
这表明，abDGC的网络效应随着时间的推移而演变，其促进神经元稀疏的能力仅限于其成熟的关键时期。
Figure 3 abDGC的稀疏化功能仅限于其成熟的一个短暂阶段
4.abDGC调节的
海马放电稀疏性支持记忆
因为abDGC影响整个海马网络的尖峰活动，研究人员假设abDGC介导的神经元群稀疏性对海马记忆功能很重要。利用小鼠探索熟悉和新颖物体的行为范式[Fig.4a,b]，通过光抑制海马体网络活动检测小鼠对新颖事物偏好的能力。
结果发现，在abDGC:：GFP组和（9-12 w）abDGC:：ArchT组中，小鼠光激活期间表达对新颖物体的偏好。然而，在4-7w期间沉默abDGC会显著损害abDGC：ArchT小鼠的新物体识别能力[Fig.4c]。
此外，在对照组中光抑制不会影响CA3–CA1的θ同步神经元共放电，而4–7周龄abDGC的抑制则显著增加了CA3–CA1共放电。这表明4-7周龄abDGC涉及的CA3-CA1 θ放电模式去相关化参与新奇刺激和熟悉刺激的行为辨别过程。
Figure 4 沉默4-7周龄的abDGC会削弱新奇事物偏好，增加CA3-CA1的协同放电
总 结
该研究结果表明，abDGC在其成熟过程中发挥网络水平的调节作用，但这种作用随着时间的推移而演变。成年DG拥有异质的颗粒细胞群体，这种异质性可能是神经网络多样化反应和支持海马功能的核心。
参考文献
McHugh, Stephen B et al. “Adult-born dentate granule cells promote hippocampal population sparsity.” Nature neuroscience, 10.1038/s41593-022-01176-5. 10 Oct. 2022, doi:10.1038/s41593-022-01176-5
编译作者：Young（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）