海馬體是大腦的“空間導(dǎo)航儀”。當(dāng)動(dòng)物從靜止到開(kāi)始奔跑、探索環(huán)境時(shí)，海馬回路需要迅速切換至一種高效的工作模式。我們將這種由靜止到運(yùn)動(dòng)引發(fā)的狀態(tài)重組形象地稱(chēng)為“導(dǎo)航開(kāi)關(guān)”。但這并非簡(jiǎn)單的電路開(kāi)閉，而是神經(jīng)元對(duì)輸入靈敏度的動(dòng)態(tài)調(diào)校。具體而言，海馬神經(jīng)元需要持續(xù)整合海量的 興奮與抑制 信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)作電位輸出。若借用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)言，這相當(dāng)于神經(jīng)元通過(guò)一個(gè)非線性的“ 激活函數(shù) ”對(duì)輸入進(jìn)行運(yùn)算。 但與人工網(wǎng)絡(luò)中通常固定的激活函數(shù)不同，生物神經(jīng)元的輸入–輸出關(guān)系會(huì)隨行為狀態(tài)被動(dòng)態(tài)調(diào)控。然而，要解析這一機(jī)制，必須在動(dòng)物行為中同時(shí)捕捉 閾下膜電位 與 動(dòng)作電位 ，并對(duì)單細(xì)胞施加分級(jí)輸入以構(gòu)建完整的輸入–輸出曲線 。長(zhǎng)期以來(lái)，受限于技術(shù)瓶頸，這一“開(kāi)關(guān)”背后的神經(jīng)計(jì)算原理一直難以被直接揭示 。

在這一背景下， 2026年2月20日， 來(lái)自希伯來(lái)大學(xué) Edmond and Lily Safra 腦科學(xué)中心（ELSC） Yoav Adam 團(tuán)隊(duì)的博士生 楊其鑫 在Neuron發(fā)表題為

All-optical electrophysiology reveals behavior-dependent dynamics of excitation and inhibition in the hippocampus

研究的亮點(diǎn)之一，是清晰區(qū)分了狀態(tài)切換對(duì)不同神經(jīng)元“激活函數(shù)形狀”的重塑：運(yùn)動(dòng)并非把所有神經(jīng)元的反應(yīng)“一刀切”地壓低，而呈現(xiàn)明顯的細(xì)胞類(lèi)型特異性。以兩類(lèi)代表性細(xì)胞為例，VIP 抑制性中間神經(jīng)元在運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)為典型的 減法（subtractive） 調(diào)制 ，曲線整體下移，但斜率（即增益）基本不變，更像是輸出基線被下調(diào)。相對(duì)地，錐體神經(jīng)元在運(yùn)動(dòng)時(shí)呈現(xiàn) 除法（divisive） 調(diào)制 ，曲線斜率顯著變小，增益下調(diào)。

更進(jìn)一步，研究顯示這種在錐體神經(jīng)元中出現(xiàn)的增益下調(diào)并非對(duì)所有輸出模式一視同仁，而是具有 爆發(fā)（burst）特異性 ：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更顯著地抑制與樹(shù)突事件相關(guān)的復(fù)合爆發(fā)輸出，而簡(jiǎn)單尖峰相對(duì)穩(wěn)定。這提示海馬回路在狀態(tài)切換時(shí)并非只“調(diào)總體音量”，而是在優(yōu)先調(diào)節(jié)更強(qiáng)非線性、可能更能驅(qū)動(dòng)下游與可塑性的輸出通道。

電壓成像的另一優(yōu)勢(shì)是能直接讀出閾下反應(yīng)。 研究分析膜電位中的細(xì)胞內(nèi) θ（theta）振蕩 ，發(fā)現(xiàn)其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)，并在抑制性中間神經(jīng)元中尤為顯著。進(jìn)一步通過(guò)單細(xì)胞光遺傳去極化，作者利用 θ 振蕩對(duì)去極化的方向性響應(yīng)來(lái)推斷輸入來(lái)源：去極化若使 θ 增強(qiáng)，提示抑制性節(jié)律驅(qū)動(dòng)占主導(dǎo)；若使 θ 減弱，則更支持興奮性驅(qū)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)中，VIP與錐體細(xì)胞的 θ 振蕩在去極化后進(jìn)一步增強(qiáng)，與抑制性來(lái)源的解釋一致。

為將這些現(xiàn)象從描述推進(jìn)到機(jī)制解釋?zhuān)芯繄F(tuán)隊(duì)建立了包含胞體與樹(shù)突的計(jì)算模型，引入平衡的興奮/抑制輸入及 θ 調(diào)制驅(qū)動(dòng)，能夠再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中觀察到的關(guān)鍵特征，包括狀態(tài)依賴的輸入–輸出變化、爆發(fā)特異性增益調(diào)制以及細(xì)胞內(nèi) θ 的改變。

總體而言，該研究表明，海馬在靜止與運(yùn)動(dòng)之間會(huì)通過(guò)重組興奮/抑制輸入及其節(jié)律性驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)改寫(xiě)錐體神經(jīng)元的輸入–輸出“激活函數(shù)”，并選擇性調(diào)控與樹(shù)突事件相關(guān)的爆發(fā)輸出。該工作以單細(xì)胞電壓成像結(jié)合精準(zhǔn)光遺傳操控，給出了行為狀態(tài)如何在細(xì)胞與環(huán)路層面重塑信息處理規(guī)則的直接證據(jù)，為理解海馬在不同狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定導(dǎo)航與靈活記憶編碼提供了新的機(jī)制框架。

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.12.040

制版人： 十一

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