电压成像揭示海马抑制性动态塑造锥体神经元记忆编码序列

这篇研究通过电压成像技术揭示了海马区PV和SST中间神经元在嗅觉工作记忆任务中通过提高锥体神经元信号噪声比（SNR）来锐化记忆编码活动。研究发现，抑制性动态主要调控线索呈现而非延迟期，通过同步化θ节律反弹放电增强感觉信息编码效率。

　　

摘要

海马区锥体神经元的序列放电编码行为相关信息并跨越时间进行链接。然而，抑制如何塑造这些序列仍不清楚。研究团队通过纵向电压成像技术，在小鼠执行嗅觉延迟非匹配样本（DNMS）工作记忆任务时，记录了CA1区表达小清蛋白（PV）和生长抑素（SST）的中间神经元活动。与锥体神经元在整个延迟期编码气味和时间不同，中间神经元仅编码气味呈现，而非气味身份或延迟时间。气味触发的抑制由稳定数量的中间神经元执行，但具体细胞每日更替，且与任务训练无关。气味呈现时，PV中间神经元的短暂放电后伴随广泛超极化，随后中间神经元间出现同步化的θ节律反弹放电。电生理、光遗传和钙成像结果证实，PV中间神经元在气味呈现时沉默大多数锥体细胞，而SST中间神经元抑制其他中间神经元。少数气味选择性锥体细胞与中间神经元的超极化后反弹同步放电。总体而言，抑制提高了锥体神经元线索表征的信号噪声比（SNR），从而实现记忆相关信息的高效编码。

主要发现

海马区PV和SST细胞编码气味呈现而非气味身份或延迟时间
在DNMS任务中，CA1锥体神经元形成包含“气味细胞”和“时间细胞”的序列，分别编码特定气味和延迟时间。相比之下，PV和SST中间神经元主要对气味呈现产生反应，而非选择性编码气味身份或延迟时间。仅10.3%的PV和8.6%的SST细胞表现出气味特异性序列，而33.6%的PV和33.2%的SST细胞具有非选择性气味场。

跨日稳定的抑制与任务训练无关
通过追踪同一中间神经元跨多日记录，发现PV气味场在训练前后保持稳定，而SST场更易变动。抑制性活动与学习无关，表现为细胞每日随机更替，且气味场比例在训练前后无显著变化。

气味起始的超极化重置细胞内θ振荡
气味呈现时，PV和SST细胞均出现显著超极化（振幅约?4.8 s.d.），随后伴随θ节律同步化反弹放电。超极化由短暂PV放电触发（滞后气味起始20 ms），其发生率和振幅随训练降低，但与任务表现无关。

PV抑制增强锥体细胞线索表征的信噪比
电生理记录显示，73.6%的锥体细胞在气味呈现时被抑制（“气味抑制”），仅26.4%被激活（“气味兴奋”）。光遗传抑制PV细胞显著激活被抑制锥体细胞，而抑制SST细胞主要增强其他中间神经元活动。

抑制动态分割锥体细胞反应模式
锥体细胞反应可分为两类：（1）早期放电（<200 ms）与超极化窗口重合，气味选择性低；（2）晚期放电（>200 ms）与θ反弹同步，具有高选择性。时间细胞主要属于被抑制群体（93.6%），而气味细胞多与反弹同步放电。

讨论

该研究揭示了海马抑制性环路在记忆编码中的新机制：PV中间神经元通过非选择性抑制“背景”锥体细胞活动，提高少数气味选择性细胞的信息传递效率；而SST中间神经元则通过抑制其他中间神经元调控网络平衡。超极化可能源于内侧隔核的θ节律输入或VIP中间神经元介导的去抑制。这些发现为理解工作记忆中感觉信息的高效编码提供了细胞特异性动态框架。

技术层面，研究展示了电压成像在解析细胞类型特异性膜电位动态中的优势，尤其是结合光遗传和钙成像的多模态验证。未来可通过双极性电压指示剂（如ASAP4）或双色成像进一步解析中间神经元亚型间的互作。