海马CA1神经元网络对惊吓恐惧记忆的编码【摘要】：对惊吓恐惧事件的学习记忆是大脑最重要的功能之一，其重要性体现在：动物个体对经历过的惊吓恐惧事件的学习记忆，能够帮助动物躲避或防御未来可能出现的由相似刺激引起的危险，这是动物生存所必需的基本技能。大量的研究表明，边缘系统的海马结构参与了惊吓恐惧事件的学习和记忆过程。损毁动物的海马结构，不仅会使大脑对环境信息的抽提编码能力受到伤害，从而影响情境性恐惧条件反射(ContextualFearConditioning)的建立和巩固；而且也会影响痕迹性恐惧条件反射(TraceFearConditioning)的建立和巩固，因为有研究显示，大脑对两个存在一定时间间隔的刺激进行关联记忆时，必须依赖海马结构的参与。那么，海马神经元网络在动物对惊吓恐惧事件的学习记忆过程中是如何编码、处理和整合外界信息的?由于技术上的局限性，目前对于惊吓恐惧事件的学习记忆在神经网络水平的编码模式，以及这种模式的组织原理和内在机制等一系列核心问题，研究者们还知之甚少。我们关心的问题是：一、海马神经网络的活动如何表征离散的单个具有特征性的惊吓事件?二、海马神经网络的活动如何表征相关联的惊吓恐惧事件，如何将新形成的关联记忆整合入原有的记忆系统，以及如何巩固新整合的记忆?三、海马神经网络编码惊吓恐惧事件记忆的生理学基础是什么?四、来自于实验的神经网络编码理论是否具有潜在的应用价值?本研究以小鼠对惊吓恐惧事件的学习记忆为行为研究模式，运用多通道在体记录技术，结合我们自行研发的小鼠精细驱动多道电极帽，对小鼠海马CA1区上百个神经元的单位放电活动进行同步观察、追踪和记录，从群体神经元网络水平探讨海马在动物惊吓恐惧事件学习记忆过程中的神经元编码规律，从而揭示海马群体神经元网络的信息编码机制。一、海马神经元簇活动对惊吓刺激强度信息的编码实验在7只B6BCA／J小鼠上进行，运用我们自行研制的多通道小鼠在体记录电极阵列推进装置，我们在每只小鼠的双侧海马CA1区平均记录到254个神经元。通过研究这些记录到的群体神经元对于离散不相关的惊吓刺激事件(包括背部冷风刺激、强声惊吓刺激、地震摇晃刺激和自由跌落刺激)的反应实验显示，所有对惊吓刺激有反应的神经元根据其对惊吓刺激事件强度的反应特性可以被分为两类：强度敏感的神经元和强度不敏感的神经元。强度敏感的神经元对不同强度的刺激反应的放电频率有所不同，一般表现为刺激强度越高，神经元反应的放电频率也越高；强度不敏感的神经元对不同强度的同类刺激均呈现相似的频率变化。进一步的分析显示，在对于惊吓事件的实时编码功能中，强度不敏感的神经元主要参与了对惊吓刺激事件的特征信息的描述，而强度敏感的神经元主要参与了对惊吓刺激事件的强度信息的编码。强度不敏感的神经元对惊吓事件特征信息的编码原理符合特征金字塔编码假说：在编码不同惊吓事件时，海马CA1区存在具有相似反应特性的神经元簇，这些神经元簇通过分类别分层级的金字塔排列方式来表征信息，针对不同特征性的刺激它们显示出不同的放电频率变化。而强度敏感的神经元对惊吓强度信息的编码则服从频率编码理论：群体神经元通过调节放电的频率变化来直接表征强度信息。本实验通过对小鼠海马CA1区神经网络编码惊吓刺激的分析表明，神经元簇作为记忆编码功能的基本单位，克服了单个神经元反应的不稳定性，通过调节其放电的频率变化来对惊吓事件的本质特征和强度信息进行编码。二、海马CA1脑区神经网络的动态活动对情境和痕迹恐惧记忆的编码为了进一步研究大脑群体神经元网络编码惊吓恐惧记忆的内在网络机制，我们运用在体多通道记录技术，考察了10只B6BCA／J小鼠在巴甫洛夫恐惧条件反射建立过程中海马CA1区神经元的活动情况，并利用多重判别分析和神经元放电活动相关分析等方法对记录到的数据进行分析。结果显示，在条件刺激(纯音)与非条件刺激(电击)建立强化关联之前，群体神经元对于纯音刺激没有明显的反应，但是对电击刺激则有显著的反应：在建立强化关联过程中，对于电击刺激有反应的神经元对于纯音刺激的反应明显增强，这提示：神经元对于纯音刺激的反应受到了其对于电击反应的影响。在...