既然Hcrt能神经元到MEC存在神经投射，那么在物体位置记忆（OPM）任务期间，Hcrt在MEC中的释放情况是怎样的呢？为了回答这个问题，作者在MEC中注射Hcrt sensor—GRAB_Hcrt0.5，在进行OPM任务中利用光纤记录技术记录其荧光信号。结果发现，当对象A和B被放置在熟悉环境中的特定位置时，小鼠探索A和B花费的时间没有显著差异。当小鼠在编码阶段接近A和B所在位置时，内源性释放的Hcrt水平升高(图2H-K)。随后，在小鼠探索物体A和B的原始位置5分钟后，将物体B移动到新的位置。这时，小鼠表现出对物体B的新位置进行编码的偏好。与编码阶段相比，回忆阶段中探索物体A的熟悉位置时Hcrt水平未明显升高，而探索物体B的新位置时Hcrt水平仍然出现升高(图2L-P)。这表明，探索物体的新位置会诱发Hcrt在MEC中的释放（图2）。

    为了进一步探究LH^Hcrt-MEC环路在空间记忆中的作用，作者在探索物体位置之前（编码阶段），采用化学遗传学抑制LH^Hcrt-MEC环路，发现小鼠对物体B空间位置变化的识别能力受到损害，回忆阶段辨别指数下降。此外，在新物体记忆任务中，小鼠先在熟悉的环境中探索两个相同物体的位置5分钟。在回忆阶段，物体B被另一个新的物体C取代。LH^Hcrt-MEC环路抑制并未改变此时新物体任务中的辨别指数(图3D)。这表明LH^Hcrt-MEC环路选择性参与物体位置的记忆。之后，作者分别在OPM任务的编码和回忆阶段抑制LH^Hcrt-MEC环路，发现：在回忆阶段的抑制不会影响辨别指数(图3E-F)，而在编码阶段抑制会引起辨别指数的降低(图3G)。这表明LH^Hcrt-MEC环路参与到物体位置记忆的编码过程，而非提取过程。

    随后，作者探究了LH^Hcrt-MEC环路中的功能连接，发现Hcrt-A肽对MEC表层谷氨酸能神经元的兴奋性并没有影响。由于MEC 表层谷氨酸能神经元活性受到周围GABA能神经元的严格调节，作者在谷氨酸能神经元中记录了自发抑制突触后电流 （SIPSC），发现Hcrt能显著增加谷氨酸能神经元 SIPSC的振幅和频率，这表明其周围GABA能神经元的活性增加。直接记录几种GABA能神经元反应，作者发现Hcrt-A能大大增加PV中间神经元的放电速率（图4I-K）。这表明，Hcrt主要激活GABA能中间神经元，特别是对PV神经元产生强烈的兴奋作用(图4I-J)。作者发现Hcrt能神经元末梢对PV神经元的兴奋现象，可以被离子型谷氨酸能受体拮抗剂可以阻断 (图4L)。这表明，内源释放的Hcrt通过兴奋突触前的谷氨酸释放而激活PV神经元（图4M）。

    已有研究表明，快发放的PV神经元对体内gamma振荡的产生至关重要。由于Hcrt可以兴奋MEC中的PV神经元。那么，PV神经元是否也驱动MEC中的伽马振荡以及参与物体位置记忆的编码？于是，作者在OPM任务期间记录MEC局部场电位(LFPs)，发现LFP频率在物体位置探索期间发生了显著变化，gamma频段(25-120 Hz)产生同步振荡，但theta频段(4-12 Hz)没有(图5I-J)。这与之前报道的MEC中gamma振荡升高与空间记忆编码的相关性是一致的。之后，作者采用光遗传学抑制MEC的PV神经元，发现小鼠在接近物体A或B时，对照组gamma振荡频率显著增加，而实验组gamma振荡频率显著降低，辨别指数下降(图5L-M)。这表明PV神经元驱动的gamma振荡与物体位置记忆的编码有关。

    LH^Hcrt-MEC环路是否通过影响gamma振荡来进行物体位置记忆？作者采用化学遗传学抑制LH^Hcrt-MEC环路，并结合多通道记录MEC的LFPs。作者发现抑制LH^Hcrt-MEC环路导致OPM任务中，MEC的gamma频率的增加幅值显著下降(图6)，这表明LH^Hcrt-MEC投射通过促进gamma同步来促进物体位置记忆。此外，近期研究表明，海马CA1的gamma振荡可以提高物体位置神经元编码的信噪比。因此，作者研究了LH^Hcrt-MEC投射是否会影响内嗅神经元编码特性，发现环路抑制消除了在空间位置探索前和探索过程中MEC神经元放电频率的差异，对空间探索过程的编码信噪比显著降低。综上所述，这表明LH^Hcrt-MEC通路可以提高gamma振荡和位置记忆编码的信噪比。

文章结论：

    作者发现：Hcrt^LH神经元通过在MEC中释放Hcrt，激活突触前谷氨酸能末端释放谷氨酸从而激活PV^MEC神经元，增强Gamma振荡和提高MEC神经元编码空间位置的信噪比，最终促进物体位置记忆的编码。

作者介绍：

何超

现任重庆陆军军医大学生理学教研室主任、教授、博导。获国家优青、重庆市杰青。相关成果以第一作者或共同通讯作者在Science、Advanced Science, Progress in Neurobiology等国际权威杂志发表。

研究方向：1.睡眠觉醒发生的神经机制；2.睡眠觉醒调控记忆的机制。

以第一作者或共同通讯作者在Science、Cerebral Cortex、Progress in Neurobiology等杂志发表论文。论文被The Lancet Neurology、Nature Neuroscience等权威杂志引用400余次。

主持国家自然科学基金优秀青年基金项目等10 余项，担任Journal of Pineal Research等期刊审稿人。

胡志安

陆军军医大学生理学教研室主任、脑与智能研究院执行院长、教授。

主要研究方向为觉醒睡眠与认知：（1）国际上首次发现丘脑室旁核在觉醒的维 持中起关键作用，揭示睡眠/觉醒调控新机制。学习、工作及运动等活动均依赖于良好的觉醒 状态，维持觉醒对机体至关重要。首次发现丘脑中丘脑室旁核（PVT）的活动与觉醒密切相关 ，在觉醒时PVT呈现高水平的活动。光遗传技术激活PVT可快速诱导睡眠向觉醒转换，相反， 损毁PVT可进一步引起动物产生意识障碍，甚至发生昏迷。该发现揭示了觉醒维持的关键神经 机制，并为昏迷促醒的治疗提供了潜在靶点。（2）系统的解析了睡眠/觉醒系统对学习记忆 相关神经环路的调控机制，提出觉醒有利记忆的获得，睡眠有利记忆的巩固的新理论。申请 者另一主要研究方向是睡眠觉醒与认知，即以觉醒肽orexins，组胺和睡眠稳态因子(腺苷)对 认知神经系统，即前额叶皮层（PFC）和内嗅皮层（EC）神经元兴奋性调节为核心，旨在揭示 觉醒有利记忆的获得，睡眠有利记忆的巩固的神经科学原理。该发现对觉醒睡眠机制的阐明 和军事脑科学的发展有重要的科学价值。申请者以通讯作者等在Science、Nature Communication、Journal of Neuroscie nce、Cerebral Cortex等国际权威刊物上发表SCI论著57篇。相关研究成果受邀在Progress i n Neurobiology、Medicinal Research Reviews、British Journal of Pharmacology等知名 神经杂志发表综述。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.10.012

注：本文仅为作者个人解读，如有纰漏，请参照原文。

撰文：王倩

审核：李钟

编辑：成美君