科研专栏
【Neuron】CA2区如何调控海马网络的功能性活动
来源:澳门威利斯人官方网站 时间: 2017-05-09???? 作者:

海马在空间、时间及情境记忆等方便扮演着非常重要的作用。早期关于海马网络的研究更多的是集中在DG (dentate gyrus)、CA3和CA1区域上,而对同CA3和CA1区有广泛连接的CA2区的研究却相对很少。近期关于CA2区的研究发现,CA2区参与了位置信息的编码(position encoding)、异常检测(novelty detection)、社会记忆(social memory)及纹状放电活动的产生(ripple generation),那么CA2区在海马网络中扮演着怎么样的信息整合功能(integrative function)仍不清楚。近日发表在《Neuron》杂志上的一篇研究《Chronic loss of CA2 transmission leads to hippocampal hyperexcitability》给出了相关的答案。

该论文的通讯作者是来自日本RIKEN脑研究所和东京大学的Thomas J. McHugh教授,实验动物是成年小鼠。实验中采用了在体电生理、光遗传学、免疫组化等技术记录小鼠运动过程中,CA1、CA2及CA3区神经元群体的活动情况,并进行相应的分析。

研究人员首先分析了CA2区突触输入对CA1和CA3区神经元放电活动的影响(如图1所示)。图C中给出了实验示意图,具体为:通过光遗传学技术控制CA2区细胞的活动,然后记录CA1和CA3区神经元的反应。图D中显示了,CA1区神经元不仅会接受CA2区神经元的兴奋性输入,同样会接受很强的抑制性输入;而CA3区神经元接受到的CA2区神经元的输入更多表现为抑制性的,兴奋性的输入非常少(图E)。

随后,通过药物阻断CA2到CA1和CA3的抑制性输入后,发现CA1神经元的EPSP没有显著的变化(图G),而CA3神经元的EPSP显著的增强。再次表明了,CA3区会接受CA2区很强的抑制性输入。

 

图1. CA2突触输入对CA1和CA3区神经元活动的影响

 

进一步的研究发现,CA2区对CA3区神经元的抑制主要体现在对CA3区recurrent网络的活动(CA3→CA3)上,而对CA3→CA1网络的影响很小,如图2。

 

图2. CA2突触抑制对CA3区recurrent网络的影响

 

 除了会影响突触传递外,慢性抑制CA2区会显著增强CA3区神经元的放电频率(图3B)。此外,CA2区神经元活动的降低也会改变CA3区神经元对偏好放电相位(preferred firing phase)的选择(图3C)。

 

图3. 慢性抑制CA2区对CA1/CA3区神经元放电频率和偏好放电相位的影响

 

最后,研究人员发现慢性抑制CA2区对CA1和CA3区神经元的放电波形也会产生非常大的影响,具体表现为:从纹状波纹活动(ripple wave activity)到癫痫样活动(epileptiform-like activity)。

 

图4. 慢性抑制CA2区对CA1/CA3区神经元放电波形的影响

 

早期对海马的研究发现了大量关于DG、CA1和CA3区的功能作用,而对CA2区的研究还非常少,本文中介绍的这篇论文揭示了CA2区是如何通过抑制性突触输入影响CA1和CA3区,尤其是CA3区神经元活动状态的,为我们更全面的理解海马结构中各脑区的功能作用提供了帮助。

 

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