齒狀回（DG）位于通往海馬體的門(mén)戶(hù)，是接受皮層輸入的三突觸環(huán)的第一站。在嚙齒類(lèi)動(dòng)物等哺乳動(dòng)物中，DG作為成年神經(jīng)發(fā)生的場(chǎng)所——神經(jīng)元在整個(gè)成年期的持續(xù)產(chǎn)生——引起了人們對(duì)新生神經(jīng)元在學(xué)習(xí)和記憶中作用的猜測(cè)。目前對(duì)DG功能的研究是分散的，雖然該領(lǐng)域已經(jīng)取得了多項(xiàng)重大進(jìn)展，但很難整合到一個(gè)連貫的理論框架中，其主要功能也一直備受爭(zhēng)議。

DG細(xì)胞和環(huán)路

近日，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校認(rèn)知科學(xué)系Lara M. Rangel團(tuán)隊(duì)在Nature Reviews Neurosciences上發(fā)表perspective文章，作者總結(jié)了DG功能的幾個(gè)主要理論，并提出了幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，以突出這些理論的共同點(diǎn)和分歧特征。

1、DG功能的主導(dǎo)理論

擴(kuò)展重編碼進(jìn)行模式分離：內(nèi)嗅皮層EC中相似的活動(dòng)模式（紅色的活性錐體細(xì)胞、星狀細(xì)胞和扇形細(xì)胞）在相對(duì)較多的顆粒細(xì)胞GC中引發(fā)不同的活動(dòng)模式，進(jìn)而激活CA3中不同的細(xì)胞群[Fig.1b]。

Figure 1 齒狀回功能理論的機(jī)制示意圖

綁定（binding）：來(lái)自外側(cè)和內(nèi)側(cè)EC的輸入在DG GC的匯聚并促進(jìn)了每個(gè)信息流攜帶的信息綁定[Fig.1c]。

新奇檢測(cè)：在新奇經(jīng)歷中，增強(qiáng)DG的興奮性有助于新信息的編碼[Fig.1d]。

門(mén)控或過(guò)濾：強(qiáng)大的前饋和反饋抑制共同過(guò)濾輸入信號(hào)，使只有最強(qiáng)和最一致的輸入通過(guò)DG。苔蘚細(xì)胞MC投射有助于反饋抑制和EC和MC同時(shí)輸入時(shí)突觸的增強(qiáng)作用[Fig.1e]。

印記細(xì)胞：一種經(jīng)歷的表征是由一個(gè)獨(dú)特的GCs群體維持的，這個(gè)群體的重新激活有助于記憶召回[Fig.1f]。

索引（一種結(jié)合了成年神經(jīng)發(fā)生的最新變量）：成年出生的未成熟神經(jīng)元（藍(lán)色）對(duì)其發(fā)育過(guò)程中的經(jīng)歷保持選擇性的活動(dòng)，而這種獨(dú)特群體的重新激活有助于索引這些經(jīng)歷的一種新皮質(zhì)表征[Fig.1g]。

時(shí)間標(biāo)記：隨著時(shí)間的推移，成年出生的未成熟細(xì)胞的持續(xù)周轉(zhuǎn)（turnover）會(huì)產(chǎn)生不同的后期成熟的細(xì)胞群，其活性對(duì)特定時(shí)間點(diǎn)發(fā)生的經(jīng)歷具有選擇性（并重新參與）[Fig,1h]。

Figure 1 齒狀回功能理論的機(jī)制示意圖

2、關(guān)鍵問(wèn)題

上文討論的理論之間都具有不同的特征，在某些方面它們之間的組成部分不兼容[Fig.2]。在這里，作者提出了三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，這些問(wèn)題解決了這些理論之間的趨同和分歧。這些問(wèn)題將使研究人員能夠確定理論組合在多大程度上是相互排斥或協(xié)同的。

關(guān)鍵問(wèn)題1：DG在學(xué)習(xí)和記憶召回之間的作用有何不同？

關(guān)鍵問(wèn)題2：DG中的特定細(xì)胞類(lèi)型和連接如何影響其處理？

關(guān)鍵問(wèn)題3：DG向下游結(jié)構(gòu)傳遞了什么信息？

DG在記憶召回中的作用是各理論爭(zhēng)論的一個(gè)核心問(wèn)題。盡管所有理論都認(rèn)為，DG通過(guò)在學(xué)習(xí)過(guò)程中招募不同經(jīng)歷的GC群體來(lái)最大限度地減少干擾，但這種作用可能會(huì)阻礙記憶召回過(guò)程中不同經(jīng)歷的神經(jīng)元群體的重新參與。盡管在學(xué)習(xí)過(guò)程中讓不同的GC群體參與和在記憶召回過(guò)程中讓專(zhuān)門(mén)的GC群體重新參與在理論上有好處，但DG靈活參與其中一個(gè)、另一個(gè)或兩者的程度（以及決定何時(shí)參與的行為環(huán)境）目前尚不清楚，也是一個(gè)爭(zhēng)論的主題。

中間神經(jīng)元、苔蘚細(xì)胞MCs和成年出生的GCs對(duì)DG功能的具體貢獻(xiàn)是幾個(gè)理論的重點(diǎn)。特別是，門(mén)控假說(shuō)或過(guò)濾假說(shuō)表明，抑制性中間神經(jīng)元和MC反饋?zhàn)饔盟茉炝薌Cs對(duì)當(dāng)前和未來(lái)輸入的反應(yīng)。索引或時(shí)間標(biāo)記等其他理論表明，成年神經(jīng)元在未成熟狀態(tài)下可塑性的增強(qiáng)塑造了它們對(duì)輸入的長(zhǎng)期反應(yīng)。這些不同的細(xì)胞對(duì)DG網(wǎng)絡(luò)的短期和長(zhǎng)期貢獻(xiàn)目前還不太清楚。

Figure 2 關(guān)于DG功能主導(dǎo)理論的兼容性

總結(jié)與展望

在本文中，作者總結(jié)了模型、病變、行為、生理學(xué)和影像學(xué)中大量文獻(xiàn)的觀點(diǎn)來(lái)試圖解決關(guān)于DG功能多種理論的核心問(wèn)題。特別地，盡管所有理論都一致認(rèn)為，在DG中存在多種經(jīng)歷的不同時(shí)空活動(dòng)模式，但對(duì)于何時(shí)以及如何利用這些模式，研究結(jié)果的一致性卻很低。

未來(lái)的行為范式需要提供一個(gè)框架，用于將感覺(jué)刺激或環(huán)境（DG的輸入）的變化程度與DG神經(jīng)元群體的活動(dòng)變化幅度進(jìn)行比較。將體內(nèi)電生理學(xué)或成像方法與新的行為設(shè)計(jì)相結(jié)合，系統(tǒng)地參數(shù)化和操縱自然體驗(yàn)的各個(gè)方面，將使人們更清楚地了解DG所處的環(huán)境范圍，同時(shí)也可以量化其在系統(tǒng)變化時(shí)的生理反應(yīng)。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41583-023-00710-z

參考文獻(xiàn)

Borzello, Mia et al. “Assessments of dentate gyrus function: discoveries and debates.” Nature reviews. Neuroscience, 10.1038/s41583-023-00710-z. 14 Jun. 2023, doi:10.1038/s41583-023-00710-z

編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）

標(biāo)簽：腦科學(xué)