大脑皮层对海马输入的响应性取决于脑区和脑状态

伽马振荡（30–90 Hz）是皮层网络状态的一个显著特征，但其究竟是促进还是阻碍脑区间通信，仍未得到解决。相干性介导通信假说认为，伽马振荡能够增强脑区之间的信息传递；而近期的计算研究则提出，高振幅伽马振荡反而可能对传入输入起到滤波作用，并降低其影响。 为区分这两种观点，我们采用了一种界定明确的生理性输入——尖波-涟漪（sharp-wave ripple, SWR）复合波——通过两条平行的单突触通路来探测皮层反应性：即从腹侧CA1到前额叶皮层（PFC）的通路，以及从背侧CA1到后扣带压后皮层（RSC）的通路。通过将每次涟漪发生前紧邻时刻的皮层状态划分为低振幅或高振幅伽马状态，我们发现，PFC对涟漪的反应在低振幅伽马状态下显著更强；这种效应由腹侧CA1-PFC通路所介导，且主要由安静清醒状态下的涟漪所驱动。RSC则未表现出这种依赖状态的调制。 PFC的一个平均场模型重现了低振幅伽马期间增强的反应性，并揭示这种调制依赖于传入输入的兴奋-抑制平衡以及循环兴奋水平，从而为PFC与RSC的不同行为提供了机制性解释；这两个脑区在局部循环连接性方面存在差异。将该模型扩展至一个由多个皮层脑区构成的链式结构后，模型预测低振幅伽马有助于活动在脑区间的稳健传播，而高振幅伽马则将其限制在局部。 综上，这些结果表明，相较于强伽马同步，低振幅伽马才是脑区间通信的有利基础。

伽马振荡（30–90 Hz）是皮层网络状态的一个显著标志，但其究竟是促进还是阻碍脑区间通信，仍未得到解决。通信—相干性假说认为，伽马振荡能够增强脑区间的信息传递；而近期的计算研究则提示，高振幅伽马振荡可能反而会滤除传入输入并降低其影响。为区分这两种观点，我们采用一种界定明确的生理性输入——尖波-涟漪（sharp-wave ripple, SWR）复合波——通过两条平行的单突触通路探测皮层反应性：一条从腹侧CA1到前额叶皮层（PFC），另一条从背侧CA1到后扣带压后皮层（RSC）。通过将每次涟漪发生前紧邻时刻的皮层状态分类为低振幅或高振幅伽马状态，我们发现，PFC对涟漪的反应在低振幅伽马状态下显著更强，这一效应由腹侧CA1–PFC通路介导，且主要由安静清醒状态期间的涟漪驱动。RSC则未表现出这种依赖状态的调制。

PFC的均值场模型重现了低振幅伽马期间增强的反应性，并揭示这种调制依赖于传入输入的兴奋—抑制平衡以及循环兴奋水平，从而为PFC与RSC的不同行为提供了机制性解释，因为这两个区域在局部循环连接性方面存在差异。将该模型扩展到由多个皮层区域构成的链式结构后，我们预测低振幅伽马有助于活动在脑区间实现稳健传播，而高振幅伽马则将其限制在局部。综上，这些结果表明，有利于脑区间通信的基础并非强伽马同步，而是低振幅伽马。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.13.744702v1?rss=1

🏷️ 伽马振荡 海马-皮层通信 前额叶皮层 尖波涟漪 脑状态调制 平均场模型