文 | 追問nextquestion，作者 | Author Gy?rgy Buzsáki（紐約大學醫學院Biggs神經科學教授；美國科學院院士）

主要研究興趣是“神經語法”（neural syntax），即分離的神經信息是如何被神經元節律組織起來，從而支持認知功能的。他是神經振蕩領域眾多奠基性文章的作者，他厘清了海馬θ波、伽馬振蕩和尖波（及其相關快速振蕩）的細胞-突觸學基礎，并闡明了這些振蕩之間以及它們與行為和睡眠之間的聯系。他率先證明了GABA能中間神經元在網絡振蕩中的作用。他最具影響力的研究莫過于“記憶痕跡鞏固的雙階段模型”，該模型揭示了在學習過程中，經新皮層調控的信息會短暫地改變海馬網絡，而后在睡眠期的尖波-漣漪活動中被重新激活并得到鞏固。Buzsáki還發現，即便在外界環境信號不變的情況下，皮層回路仍會持續自發地生成自組織的細胞集合序列，這一結論為認知功能的神經元集合理論提供了重要佐證。他的實驗顯示，偏態放電率分布有助于神經網絡保持魯棒性、敏感度、可塑性和穩定性。在技術創新方面，他也做出了開創性貢獻，例如利用硅芯片進行大規模記錄的方法，以及可用于動物及病患的有機柔性電極系統NeuroGrid。其著作Rhythms of Brain是該領域的經典之作，此外還著有The Brain From Inside Out。

我很幸運能夠成為海馬體研究故事的一部分。雖然沒能參與它最初的萌芽，但也陪它走過了幾十年。能在這個領域工作，是我的莫大榮幸。正如我接下來要講述的，科學是由科學家共同造就的。在過去的歲月里，我最激烈的競爭對手，最終成了我親密的朋友。我希望海馬體研究領域能永遠保持這種氛圍。

01 引言

通常，只有在回頭反思時，發現才真正成為“發現”——當科學共同體認可某些關鍵的觀察和洞見，并賦予它們名稱和時間標記時。盡管有些事件被稱為里程碑，但科學的進步本質上是循序漸進的。很難指出哪個重要的科學見解是憑空出現、毫無根基的。第一人稱的回憶往往并不可靠。我們很難準確追溯記憶的起點，甚至常常需要確認一個想法究竟是自己的，還是在不知不覺中潛入了我們的思維。

每一位投身于我們熱愛的海馬體研究領域的人都深知，記憶是最不可靠的存在。當我們回顧人生經歷時，過去的片段不可避免地與上一次、乃至這一次的回憶交織在一起。豪爾赫·路易斯·博爾赫斯（Jorge Luis Borges）曾以詩意的方式道出這一真理：“當我們記住某件事時，我們記住的是它本身，還是我們上次記住它的情景？”（摘自Funes the Memorious）。因此，我們引以為傲的成就，往往在自己與同事眼中并不相同，這也不足為奇。正因如此，與其講述我的“重大發現”，我更愿意分享一些我年輕時在海馬體研究領域冒險的故事。

02 前饋、反饋以及多城市的旅程

我接受了人生中第一個（也是當時唯一一個）在美國工作的邀請——來自得克薩斯大學圣安東尼奧分校（UTSA）健康科學中心的Eduardo Eidelberg教授，他是一位神經外科醫生兼脊髓專家。當我向他概述我對于海馬的宏大的研究計劃時，他微微點頭，卻提醒我：“年輕人，你唯一能證明的，就是Ramón y Cajal*是對的?！?對我而言，這倒不算是令人失望的結果。

?Ramón y Cajal：西班牙神經科學家，被譽為“現代神經科學之父”，因提出神經元學說（Neuron Doctrine）而獲得1906年諾貝爾生理學或醫學獎。他的理論神經元學說（Neuron Doctrine）的核心觀點是：一、神經系統由獨立的神經元組成，它們是離散的個體細胞，而非像之前認為的那樣連成一片。二、神經元通過突觸相互通信，而不是直接相連的“連續網絡”。三、信息沿著神經元單向傳遞（樹突 → 細胞體 → 軸突）。本文作者的目標是研究抑制性中間神經元的作用，而這正是在Cajal的神經元學說之上進一步驗證和擴展他的理論。圖源：Cordon Press

我繼續我在匈牙利佩奇市（Pécs）展開的研究工作（Buzsáki & Czéh, 1981），尋找海馬體中前饋抑制的證據。實際上，反饋與前饋控制的概念早已深植于我的腦內，這源自我年少時作為無線電愛好者的經歷——當時，我曾嘗試為短波無線電發射機的調諧振蕩器穩定頻率。此外，在一個壓抑的政權下生活，也讓我對“抑制”這一概念本身著迷。

Fox和Ranck Jr.（1975）曾假設，那些在海馬體中快速放電的細胞是抑制性中間神經元。而我的目標就是記錄這些被推測為抑制性的細胞，并證明它們會在顆粒細胞（granule cells）或錐體細胞（pyramidal cells）激活之前做出反應。

花了好些時候，我才把實驗室設備湊齊。但我在幾周內就讓實驗室運行起來。我的妻子最開始被匈牙利當局“扣留”在國內。我獨自一人在美國，下定決心要找到中間神經元。為了減輕孤獨感，我制定了最簡單的日程安排：早晨步行去實驗室，長時間工作，晚上回家睡覺。

1980年的圣誕節前夜，我發現了四個漂亮的推測性中間神經元（putative interneurons），它們在錐體細胞群體放電前2-3毫秒搶先放電。那個瞬間，我欣喜若狂，以至于把膠片過度顯影，結果上面記錄的尖峰信號幾乎難以辨認。為了讓今天的讀者更好的理解，我做一些補充說明：這些誘發的反應顯示在示波器屏幕（oscilloscope screen）上，為了記錄，我們只能用相機實時拍照留證。

接下來的幾個月，我繼續追蹤這些中間神經元。我發現它們與θ波同步地以節律性放電。我收集到有力的證據表明，興奮性輸入既會興奮中間神經元，也會興奮椎體神經元。然而，由于中間神經元的突觸傳遞更強，或者其膜的充電速度更快，它們會率先放電，從而抑制或延遲其所支配的椎體神經元的放電。這些數據明確支持了前饋抑制（feed-forward inhibition）的存在。

?圖：右圖，前饋抑制（feed-forward inhibition）是指，通過抑制拮抗通路的活動來加強當前通路的活動強度。也就是我在激活 A 的同時，抑制 B。左圖，反饋抑制（feedback inhibition）則是機體為了避免激活強度過大或者激活持續時間過長，會在激活某一通路的同時，返回一個抑制信號，將激活水平維持在一定強度或控制激活的時長。也就是自己抑制自己?；疑珵槠又饕毎患t色為興奮性突觸；藍色為抑制性突觸。圖源：Isaacson, Jeffry S., and Massimo Scanziani. "How inhibition shapes cortical activity." Neuron 72.2 (2011): 231-243.

此外，我還發現，通過聯合纖維刺激*激活中間神經元，會削弱內嗅皮層（entorhinal）輸入誘發的反應，這表明海馬體CA3區域和內嗅皮層的傳入信號（entorhinal afferent），會對海馬體CA1 錐體細胞的調控上形成某種競爭。

* 聯合纖維（commissural fiber）在海馬體中連接左右半球，通過跨側CA3→CA1傳遞信息，調節學習和記憶，而聯合纖維刺激（commissural stimulation）則用于研究這些信息傳遞過程及其對神經元活動的影響，特別是前饋抑制機制。

最后，我的研究還發現，對內嗅輸入進行高頻刺激后，中間神經元對后續單脈沖（single pulses）的放電概率顯著增加，并可持續數小時——這首次證明了抑制的長期增強（LTP, long-term potentiation）。

在與Eduardo共同發表的論文中，我們總結道：海馬體中的中間神經元可以被各種傳入輸入直接驅動。因此，椎體神經元可能以前饋方式被抑制。此外，傳入海馬體的輸入同時支配中間神經元和椎體神經元，而椎體神經元的興奮性取決于這兩種細胞類型的輸入強度的相對比例。

?Gy?rgy Buzsáki。圖源：https://med.nyu.edu/faculty/gyorgy-buzsaki

1981年夏天，我駕車前往加利福尼亞，中途在亞利桑那州的圖森停留。出發前，我給幾位在文獻中久仰大名的神經科學家寫了信，禮貌詢問是否可以拜訪他們的實驗室。

在圖森，我的接待人是亞利桑那大學生理學系的教授Doug Stuart，他專攻運動控制和肌肉疲勞，這與他本人曾是跳高運動員的經歷不無關系。1954年，他還代表加拿大參加了在溫哥華舉行的大英帝國及英聯邦運動會。

Doug向我介紹了解剖學教授Jay B. Angevine，他對海馬體中的成年神經發生（adult neurogenesis）頗感興趣。但最讓我驚訝的是，在實驗室里，他的腰間竟然佩戴著一把槍。原來，Jay還是一名兼職副警長。這讓我意識到，神經科學家不僅探索大腦的奧秘，還常常擁有各種意想不到的身份和經歷。

從炎熱的山區來到圣迭戈，就像是升入天堂。我拜訪了布朗克斯退伍軍人管理醫院的Larry Squire和Stuart Zola-Morgan，以及索爾克研究所的Max Cowan，他向我介紹了Larry Swanson和David Amaral。圣迭戈的神經科學家密度之高令我震撼。

這次旅程的科學亮點當屬加州大學歐文分校。Jim McGaugh和Charles（Chuck）Ribak各自邀請我做了一場講座（提醒一下：當時我還只是一個來自鐵幕后的博士后）。Jim還安排我們住在豪華的拉古納海灘酒店，并邀請我們到他家共進晚餐，我們在那里見到了他來自巴西的終生好友Ivan Izquierdo。幾年前，Jim和他的妻子Becky也曾到匈牙利拜訪過我們。

在解剖學系的研討會上，我的前饋抑制觀點遭到了強烈反對。諷刺的是，生理學專家們堅持認為，只有生理學數據難以令人信服，還需要解剖學證據。我們的激烈辯論激發Chuck在接下來的幾年里，與我在佩奇的同事László Seress攜手合作，致力于為前饋抑制提供所需的結構性證據（structural evidence）。

這次旅程的最后一站是舊金山地區。在加州大學伯克利分校的講座上，只有六位聽眾，其中包括嗅覺生理學家Walter Freeman、正在訪問伯克利的“味覺厭惡學習”（即加西亞效應，Garcia effect）發現者John Garcia、神經可塑性研究的先驅MarkRosenzweig，以及我的東道主JoeMartinez和他的兩名學生。我提醒自己：質量勝于數量。

順便一提，我從Jim McGaugh那里得知，John Garcia曾被他的導師Edward Tolman認為是“無可救藥”的學生。在加州大學伯克利分校的草坪上，我與這位曾是農民、機械師、士兵，并通過G.I.法案資助入學的伯克利大學輟學生共進午餐，并就學習形式（forms of learning）進行了長時間，生動的討論。他在沒有博士學位的情況下，就在Science上發表了關于條件性味覺厭惡效應（conditioned taste aversion effect）的第一篇論文。聽了他的故事，我告訴自己，永遠不要對學生做出過早的判斷。

?圖：John Garcia，美國心理學家。

我們還開車前往斯坦福大學拜訪Richard Thompson，他是當時學習與記憶領域一位重要的神經生理學家。他很友好地邀請我以博士后的身份加入他的實驗室，但從技術復雜性上看，我認為他的實驗室有些令人失望。此外，我渴望在行為動物（behaving animal）中找到前饋抑制的證據，而我在圣安東尼奧的所有實驗都是在麻醉的大鼠身上進行的。

幸運的是，Brian Bland邀請我去他位于加拿大卡爾加里的新實驗室，共同開展海馬體研究。Brian剛從挪威奧斯陸的Per Andersen實驗室歸來，干勁十足，想法多多。我的妻子最終獲得了匈牙利的出境簽證，可以與我一起前往德克薩斯州。我們從圣安東尼奧開車到加拿大，并在感恩節當天抵達卡爾加里。我們在Bland家住了幾天。長途駕駛后疲憊不堪的我們第二天睡到很晚，結果我未來的博士后導師竟然把早餐端到我們的床邊?。ㄗx到這段文字的博士后們，恐怕沒有類似的經歷吧？）

然而，就在那天晚些時候，Brian告訴我一個壞消息。阿爾伯塔遺產基金會的資金已經耗盡，博士后項目也被終止。簡單來說，我失去了資助。但我并沒有驚慌。我對不確定性習以為常，更重要的是，我還年輕。我計劃在Brian和我認識的人中聯系盡可能多的加拿大神經科學家詢問合作可能性。沒想到，我打的第一個也是唯一一個電話，就解決了問題——對方是我在東德認識的Case Vanderwolf，他是Brian的導師。Case說他的資助可以支付我三個月的工資。于是，我們重新上了那輛破舊的車，沿著加拿大橫貫公路驅車五天，從卡爾加里開到安大略省倫敦市。一路上，修車用掉我不少時間。

位于倫敦市的西安大略大學的Case Vanderwolf，是海馬體θ波振蕩研究領域的大師。那個學期他忙于教學，給了我完全自由的研究空間。Case那年沒有學生，只有一位技術員，于是我是實驗室里唯一的博士后。他的實驗室里有一臺筆式記錄腦電圖設備、兩臺示波器、刺激器，以及一臺最珍貴的四通道調頻磁帶錄音機。幸運的是，心理學學生實驗室里有更多設備，其中一些我可以借用。

?圖：Case Vanderwolf，最早研究可觀察的運動活動與腦電波之間相關性的研究人員之一。著有An Odyssey Through the Brain, Behavior and Mind and The Evolving Brain: The Mind and the Neural Control of Behavior。圖源：Obituary: Cornelius H. Vanderwolf

我已經從Eidelberg那里學會了如何削尖和絕緣鎢微絲；我只需要用清漆對電極進行絕緣，并制作一個阻抗計和一個微驅動裝置，以記錄行為大鼠的單一神經元活動。我想擴展我在麻醉大鼠中的發現，研究θ波與單一神經元之間的相關性。這正是我當時所做的工作。由于我始終在監聽記錄到的尖峰活動聲音，我很快便學會了實時區分高音調、快速放電的中間神經元和錐體細胞。我也由此再次驗證，聯合纖維和內嗅通路都能通過“前饋激活”方式先觸發中間神經元。

回到匈牙利后，我受邀撰寫一篇關于抑制形式的綜述。對我來說，這是極高的榮譽，因為在當時綜述文章只能由期刊編輯特別邀請撰寫。在這篇綜述中，我總結道：“海馬體形成（hippocampal formation）的輸入同時支配（innervate）中間神經元和椎體神經元，而椎體神經元的興奮性取決于這兩類細胞所接收輸入的相對強度。”

作為人工電刺激（artificial electric stimulation）實驗發現的擴展，我總結道：“來自隔區（septum）的節律性軀體前饋抑制與來自內嗅皮層的遠端樹突興奮同步到達，而高幅度場θ波*則是由協同活躍的源與匯*（sources and sinks）產生。”我承認，后續實驗表明這一結論并不完全正確，但其基本原理依然成立。

*高幅度場θ波：指多個神經元同步產生的、較強的4-8 Hz腦電波，通常在學習和記憶過程中出現。

源與匯：在電生理學中：Source（源） 指的是電流離開腦組織的地方（相當于電場的正極）。Sink（匯） 指的是電流進入腦組織的地方（相當于電場的負極）。這些源和匯是由于突觸活動導致的電流流動產生的。例如，當興奮性輸入到達樹突時，樹突可能是電流的匯，而胞體可能是電流的源。這意味著不同的腦區之間通過電流的流入和流出，形成了θ波這種節律性腦電活動?？梢园裺ource（源）想象成水流從噴泉噴出的地方，而sink（匯）就像水流匯聚的池塘。腦中的“源”就是電流從某個地方流出的區域，而“匯”就是電流流入的區域。當這些“源”和“匯”以協調的方式工作，就能形成大范圍的腦電波（比如θ波）。

在我們關于前饋抑制的論文發表不到一年后，加州大學舊金山分校的Roger Nicoll團隊報告說，在海馬切片中，順向刺激在CA1錐體細胞中誘發的IPSP（抑制性突觸后電位）振幅比逆向刺激更大，這是對前饋抑制的又一有力支持*。

*在這里，順向刺激（orthodromic stimulation）引發更大的IPSP，說明當輸入信號自然地到達CA1時，不僅直接興奮CA1錐體細胞，還同時強烈激活了抑制性中間神經元，導致CA1的抑制性輸入增強。如果是逆向刺激（antidromic stimulation），它不會激活前饋回路，因此IPSP較小。所以，這個結果說明前饋抑制確實在CA1區發揮重要作用，控制信號的強度和節律。

隨著免疫細胞化學（immunocytochemical）技術的發展，研究者能夠準確鑒定中間神經元，前饋抑制的解剖學證據也隨之得到了有力證實。至此，前饋抑制的存在被明確確立。如今，前饋抑制已成為神經科學的標準術語，鮮有論文再去引用最早的相關文獻。

然而，令我深感榮幸的是，2020年我榮獲Ralph Gerard獎，頒獎詞這樣寫道：“在20世紀80年代初，作為一名年輕科學家，他提出了前饋抑制這一概念，而如今，這已被廣泛認可為神經回路的重要特性?！盧oger Nicoll正是評審團成員之一，他依舊記得我的早期貢獻。對我而言，這比任何榮譽都更有意義。畢竟，在我們的職業生涯中，最高的榮譽莫過于得到那些我們敬仰的同行的認可。

03 抑制的作用

在幾十年的時間里，神經科學家普遍認為抑制作用僅僅具有“廣義的抑制功能”，用來限制運動神經元的過度放電。這種假設性的抑制來源被歸因于Renshaw細胞。

早在20世紀40年代，Birdsey Renshaw從腹內側運動神經元池（ventro-medial motor neuron pool）進行細胞外記錄，并觀察到在對腹根（ventral root）進行單次電刺激后，會出現高頻爆發放電。他推測，運動神經元的軸突側支（axon collaterals）興奮了這些局部神經元（因此被稱為中間神經元），然后由它們的軸突回過頭來抑制運動神經元。

當然，僅憑這一觀察結果，還不足以讓一個神經元以發現者的名字命名，更不足以讓發現者躋身神經科學名人堂。

?圖：Birdsey Renshaw，美國電生理學家和神經科學家。圖源：Wikipedia

然而，一場悲劇改變了歷史。1948年，Renshaw一家感染了小兒麻痹癥（脊髓灰質炎）。Birdsey和妻子在幾天內相繼去世，留下了兩個年幼的兒子。

隨后，John Eccles爵士的團隊采用相同的實驗范式，但改為從運動神經元進行細胞內記錄，發現了顯著的超極化。他們將這一現象歸因于回返性抑制（recurrent）或“Renshaw抑制”，以紀念這位提出抑制回路的科學家。

?圖：超極化：Hyperpolarization，神經元膜電位變得比靜息電位更負，這會抑制神經元的興奮性，使其更難以產生動作電位（放電）。圖源：Wikipedia

Renshaw抑制，作為一種原理，對解釋很多大腦中的全局性現象有重要作用。例如，Douglas（1967）提出：“海馬體對感官知覺的抑制控制是由與類似Renshaw的中間神經元形成興奮性突觸的纖維介導的，而這些中間神經元隨后抑制相關感官通路的活動?！?/p>

同樣，海馬體的皮下調控也被認為由神秘的Renshaw細胞介導，而這些細胞常被視為Cajal所描述的*籃細胞（basket cells）的同義結構（Douglas 1967；Grastyan et al. 1959；Kimble 1968）。

我認為，前饋抑制能更好地解釋這些全局現象。但在大多數研究人員，尤其是心理學家的觀念中，只有一種抑制（即前饋抑制）存在（Andersen, Eccles, and Loyning 1963；Eccles 1969；Kandel and Spencer 1961）。

在反饋抑制之外再引入前饋抑制，引發了關于不同類型的抑制性神經元是否具有其他功能的討論。早在1983年，Ribak團隊就已經探討過“五種類型的籃細胞”。

在接下來的十年里，對中間神經元的研究主要集中于體外實驗，相關論文大量涌現。

1990年，Nobuaki Tamamaki訪問了我在 UCSD的實驗室，并告訴我有一個新的資助項目——“人類前沿科學計劃”（HFSP），其宗旨是支持國際合作。

我立即聯系了巴黎的Richard Miles、蘇黎世的Helmut Haas和布達佩斯的Tamás Freund，我們共同提交了一份關于海馬體中間神經元的研究提案。由于HFSP當時宣傳力度不大，我們幸運地獲得了三年的資助。

在我們續約的努力中，IBM的Roger Traub加入了我們的團隊。我們互訪實驗室，交換學生和博士后，跨洲郵寄腦組織，并在年度會議上討論我們的進展（通常在加勒比海的大開曼島舉行）。我們的最后一次小組會議于1994年在法國科西嘉島舉行（由Yehezkel Ben-Ari組織）。

Tamás、Richard和我認為海馬體中間神經元的研究已經足夠成熟，需要一次綜合總結，尤其是在看到Peter Somogyi實驗室的進展后。這種愿望在我與Phil Schwartzkroin和Tamás Freund共同組織的第一屆中間神經元會議上得到了推動。這是1995年在圣迭戈的SFN年會的附屬活動（衛星活動），地點是在舊金山使命灣（Mission Bay）的一艘密西西比蒸汽船上。

Tamás和我撰寫的關于中間神經元解剖學和生理學的文章越寫越長，我們考慮將其轉化為一本書。Hippocampus期刊的創刊編輯David Amaral向我們伸出橄欖枝，為我們提供了一整期期刊的頁面。

Tamás來到羅格斯大學與我一起工作了一個月，我們夜以繼日地工作，以趕上緊迫的截止日期。Wiley出版社為SFN會議帶來了400本期刊和大幅彩色海報，上面印有我們的封面設計，用于推廣該期刊。所有期刊和海報在兩天內售罄，我們的專題文章成為了被廣泛引用的經典文獻。中間神經元研究進入了成熟期。

?圖：Hippocampus: Volume 6, Issue 4，圖源：https://onlinelibrary.wiley.com/

在專題文章中，我們探討了中間神經元的多種功能，包括從調控興奮性活動（excitation）、精確控制尖峰時序（spike timing）到支持神經振蕩（oscillations），以及一些非傳統的觀點。

由于所有神經振蕩都以抑制為基礎，對錐體細胞活動的抑制性分割可以創建時間框架，用于將尖峰活動解析和分塊為細胞集合及其序列，從而在神經網絡之間實現神經信息的有效交換。

抑制的解析和分塊功能，就像是一套“語法規則”，決定了神經元群如何組合，以及它們在時間上的激活順序，使得信息傳遞變得有序，并形成層次結構。想要讓這種“語法”保持足夠靈活，就需要具備成分多樣性，這可能也是抑制性神經元種類繁多的原因。在神經元分子分類尚未成為可能之前，Richard Miles就曾提出疑問：“海馬體中到底有多少種抑制性細胞的亞型？”

我們的綜述得出的結論是：“不同的海馬中間神經元群體可以通過表達不同組合的遞質受體，以允許抑制細胞活動與不同行為狀態的計算需求之間進行非常精細的匹配，從而實現對興奮性活動的高度靈活控制。”

這一信息在當時和今天同樣重要。通過抑制相互作用的神經元可以生成比單純興奮作用高出幾個數量級的變化。此外，抑制作用可以選擇性地針對錐體細胞的不同體樹突區域，并瞬間改變它們的整合和計算能力。

04 名字里的故事：伽馬震蕩

前饋抑制和反饋抑制如何影響多種腦節律，幾十年來一直是神經科學研究的核心議題，伽馬振蕩（gamma oscillations）也不例外。

根據對推測為中間神經元的細胞外記錄，早已有研究提出抑制在伽馬波中的關鍵作用。而關于IPSP（抑制性突觸后電位）及籃細胞在節律調控中的作用，決定性證據則來自體內記錄（vivo recordings）、免疫細胞化學鑒定，以及通過細胞內記錄重建籃細胞軸突的研究。

當我們撰寫關于伽馬振蕩的綜述時，我們想追溯“伽馬”這個術語的起源。重建神經科學的歷史并非易事，探尋“伽馬振蕩”術語的起源也不例外。

阿爾法（alpha）和貝塔（beta）振蕩的術語早已被創造出來。“伽馬節律”這一組合在20世紀80年代開始流行。由于Walter Freeman曾發表過幾篇關于嗅球伽馬振蕩的論文，我發郵件問他。Walter回復說：“這是我在1980年創造的術語，當時流行的說法是‘40Hz’。”

“40Hz”振蕩最早被視為某種“認知節律”的可能性，或許起源于Henri Gastaut的觀察。他描述了經過訓練的瑜伽士（yogis）在三摩地狀態下頭皮腦電圖中出現的高振幅、40Hz的節律性波列[Das and Gastaut, 1955]。

?Walter Freeman，圖源：news.berkeley.edu

那時，Steve Bressler剛開始在我的實驗室進行研究生工作，于是我讓他進行文獻搜索，記錄嗅球（OB）頻率和大小之間的反比關系。Berger發明了“阿爾法（alpha）”這個術語。有人創造了“貝塔（beta）”（我不記得是誰了）。按照粒子物理學的類比，接下來的命名應該是“伽馬（gamma）”。我發現之前在腦電圖研究中沒有使用過“伽馬”這個術語，于是Steve和我決定用這個名稱。

我們將手稿提交給EEG期刊的長期編輯Mollie Brazier。她回信說，她會將這個術語提交給國際腦電圖學會的命名委員會。一個月后，她通知我們，委員會拒絕認可這個用法，因此如果我們不移除“伽馬”這個術語，她就不會發表這篇論文。

Steve需要發表論文來獲得資助，所以我們遵從了她的建議。然而，當論文發表時（Bressler and Freeman, 1980），標題中的“伽馬節律”仍然保留了下來。我忘了刪除這個術語，而沒有人注意到——包括Mollie。這就是“伽馬”第一次出現在文獻中的過程。

之后，我在講座中繼續使用“伽馬”這個術語，并強調它代表的是一個范圍，而不是單一頻率。最終，這個術語流行了起來。就像許多科學領域的成功發展一樣，現在幾乎沒有人知道它的起源。

——引自我與WF的電子郵件通信，2011.4.3

后來，我收到了Steve Bressler寄來的原始提交手稿的副本，他保存了這份手稿超過30年。標題確實寫著：“EEG伽馬波：貓、兔子和大鼠嗅覺系統腦電圖的頻率分析?！?/p>

當我閱讀時，我發現，在Bressler和Freeman手稿的引言中，作者承認：“‘伽馬波’這一術語由Jasper和Andrews用來描述人類腦電圖中35–45Hz的低振幅、類貝塔波”（Jasper and Andrews, 1938）。Nihil sub sole novum（“太陽底下無新事”）。

Walter的記憶欺騙了他。但他并不是唯一一個被記憶欺騙的人。

在我自己的演講中，我經常提到自己證明了抑制對伽馬振蕩的關鍵作用，并展示了我們論文中的令人信服的圖表（Buzsáki, Leung, and Vanderwolf, 1983）。然而，當我想直接引用我們發表的文章時，我發現“伽馬振蕩”這個術語根本沒有被提到。相反，我們用的是“海馬快速波”這個術語。我的記憶也欺騙了我。

05 LTP為什么叫LTP

容我先談一段舊事。1980年，我在布達佩斯參加國際生理科學聯合會（IUPS）會議，并首次見到了Per Andersen。他向我介紹了Carol Barnes。當時，Carol正與Bruce McNaughton在奧斯陸，與他一起進行學術休假期間的研究合作。

我邀請Carol去一家表演吉普賽音樂的餐廳共進晚餐。Carol帶了兩位紳士一同前來。在介紹時，我沒能聽清他們的名字。席間，他們問起我的研究，我向他們解釋，我剛剛完成了一項關于CA1聯合輸入LTP的實驗。

我禮貌地詢問他們是否熟悉LTP及相關的可塑性現象。這時，Carol澄清說她的朋友是Tim Bliss和Graham Goddard（Carol是Graham的學生）?？梢韵胂?，能與這兩位學術界的巨匠見面，我當時又尷尬又驚喜。

時間快進到幾年后。1987年，第二屆世界神經科學大會（IBRO）在布達佩斯舉行，我與Helmut Haas決定在我的家鄉佩奇（Pécs）組織一場與大會相關的衛星會議。

這是一場以“海馬體突觸可塑性”為主題的大型會議，匯聚了幾乎所有該領域的重要研究者。原定的演講嘉賓之一是Graham Goddard，但年初他在新西蘭的Arthur's Pass國家公園，試圖跨越一條因風暴而水位暴漲的河流時，不幸溺亡。

Graham當時年僅48歲，因發現“點燃現象”而享有盛名。Helmut和我決定將這場衛星會議作為對他的紀念，并邀請他的好友Tim Bliss發表專題演講，以此向他致敬。

*點燃現象：Graham Goddard在1967年發現的一種神經可塑性現象，指的是反復給予大腦低強度的電刺激后，神經元的興奮性會逐漸增強，最終可能發展為癲癇樣發作。就像一個人開始時對某種刺激不敏感，但不斷接受相同刺激后，會變得越來越敏感，最終即使沒有外部刺激，也會表現出強烈的反應。大腦的點燃現象類似于這種“逐步強化”的過程。

Tim在發言中，滿懷情感地談起不同類型的可塑性及其與癲癇的關系。他說，他并不喜歡自己創造的術語LLP（長期增強，long-lasting potentiation），因為它讀起來過于拗口。相比之下，Graham提出的LTP（長時程增強，long-term potentiation）要順口得多。Tim提議將LLP改為LTP，以紀念Graham Goddard。LTP也因此成為了標準術語。這一難忘的時刻，讓我們覺得，為組織佩奇衛星會議所做的所有努力都值得了。如今，神經科學的學生也只知道LTP，而不知LLP的故事了。

?長時程增強（LTP）是指在突觸經過高頻刺激后，突觸強度的一種持久性增加。長時程增強的研究通常在海馬體的切片上進行。在這些研究中，從細胞中進行的電記錄被繪制在如圖所示的圖表中。此圖表比較了經過 LTP 的突觸和未經過 LTP 的突觸對刺激的反應。經過 LTP 的突觸對刺激的電反應通常比其他突觸更強。圖源：Wikipedia

06 從尖波漣漪到記憶鞏固

在Case Vanderwolf的實驗室研究自由活動的動物時，我意外收獲了另一個發現。在單單位記錄（single-unit recordings）的時代，最重要的工具不是儀器，而是人的耳朵。耳朵就像一個傅里葉分析儀，經驗豐富的研究者僅憑聽覺就能察覺到最細微的變化。

我注意到，當實驗鼠獲得大量水作為獎勵，或長時間靜止時，偶爾會響起一種特別響亮的聲音。我決定深入研究這個現象。

首先，我需要排除外部噪聲和肌肉偽跡（muscle artifacts）。示波器屏幕上出現的信號模式表明，這實際上是由大量神經元同時放電產生的群體放電現象。

為進一步研究，我使用固定電極和可移動微電極，繪制了該放電事件的深度分布圖。結果顯示，尖峰活動伴隨著CA1放射層（stratum radiatum）中的大幅負波，其深度分布與聯合纖維誘發反應的分布幾乎完全一致。

在切除隔區和內嗅皮層后，我發現這種活動模式源自CA3神經元的反復興奮性側支（recurrent excitatory collaterals），是一種內源性神經活動。我將其命名為“尖波”（sharp wave），并開始思考這樣大規模的群體放電究竟有何作用。

大腦不會無緣無故地產生如此強烈的神經活動，一定有其特殊的功能。我最初的猜想是，它可能是一種教學信號*，用于誘導新皮層的可塑性，或許這正是LTP在體內的具體表現。畢竟，在切片實驗中，短暫的200Hz刺激通常被用作誘導LTP的標準脈沖序列。

*教學信號：在神經科學中通常指的是一種用于引導神經網絡學習和塑造突觸連接的特殊信號。它類似于生物系統中的“監督信號”，可以促進突觸可塑性，幫助神經系統調整自身的連接模式。

我第一次向他人提及尖波與可塑性可能存在關聯時，聽者正是諾貝爾獎得主David Hubel。Hubel教授當時來我們系訪問，Case帶他參觀了我的實驗室。他親眼看到并聽到實驗鼠體內的尖波爆發后，評論道：“如果這不是癲癇活動，那它一定很重要?！彼脑捊o了我極大的動力。

我沒有分別撰寫關于θ波、伽馬波和尖波的三篇論文，而是將這三個相互關聯的研究整合成了一篇長文，并附上了21幅圖表。論文被接受后，我將手稿寄給了當時在多倫多做博士后的 Shinya Suzuki。他沒多久就回傳給我一張來自O’Keefe和Nadel著作中的圖。那圖里，展示了一種與尖波爆發（sharp wave burst）相似的模式，而他們將其稱為“漣漪”（ripple）。

因此，在我后來的論文中，我將其稱為“尖波-漣漪”（SPW-R），并認識到這是一種復合現象：來自CA3的興奮性輸入在CA1放射層引發一個匯點（即尖波）；隨后，錐體細胞和中間神經元的強烈興奮引發了一種短暫的快速振蕩（即漣漪）。為全面揭示這一現象，許多實驗室經過多年深入研究，才逐漸勾勒出更清晰的全貌。

?圖：記錄于CA3的尖波-漣漪示例。圖源：Wikipedia

快進十年。在Rusty Gage的全力支持下，我成為了UCSD的一名獨立研究員，并申請了許多資助，但全部遭到拒絕。盡管感到絕望，但也偶有亮光閃現。

我研究了一種去神經支配的海馬體制備（通過穹隆傘切除實現），以誘發自發性癲癇樣尖峰波。

當海馬去除皮下神經支配后，尖波-漣漪（SPW-Rs）被轉化為大幅度的間歇性尖峰波。同時，當我用單一脈沖刺激內嗅輸入時，會誘發一種帶有多個群體尖峰的獨特時空事件。這些事件可以通過沿海馬體長軸植入的8或12個記錄點進行系統研究。

在高頻刺激內嗅輸入后，響應幅度并未只是均勻增加，而是出現了一種全新的、獨特的時空模式。令人意外的是，CA1區域自發出現的群體事件（即“夸大的”尖波-漣漪，SPW-Rs），與這些誘發反應幾乎完全一致，唯一的差別在于，這些自發的CA1事件之前并沒有沒有先激活齒狀回。

當反轉刺激極性并激活一組不同的穿通纖維軸突時，又引發了另一種獨特的時空自發事件模式。值得注意的是，這些重復出現的自發模式僅在靜止狀態和非快速眼動（non-REM）睡眠期間觀察到——這兩種腦狀態都為SPW-Rs的產生提供了有利條件。

我確信自己正在發現一些基本原理。這種現象似乎提供了一個可能的模型，展示了學習和記憶過程中可能發生的機制。

在學習階段，新皮層的信息會改變CA3回饋系統中的突觸連接；而在離線腦狀態中，自發的 SPW-Rs會反復重現新形成的神經活動模式。這種由“學習”與“鞏固”構成的兩階段過程，為情景記憶在單次經歷后如何得以長期存儲提供了一個可能解釋。

?圖：海馬體記憶學習與鞏固兩階段模型，Buzsáki, Gy?rgy. "Two-stage model of memory trace formation: a role for “noisy” brain states." Neuroscience 31.3 (1989): 551-570.

我將數據展示給我的同事、UCSD的生理學家Phil Groves（以及Ted Bullock）。Phil對這些數據感到非常興奮，于是安排了在下一周舉行的一次即興研討會。

在研討會上，我用黑板詳細講解了我提出的兩階段記憶模型。小規模的聽眾包括Phil、Reggie Bickford、Bob Livingston、Pat Churchland、新到任的Terry Sejnowski、Steve Hillyard，以及Francis Crick（Rusty當時不在）。

我們的討論從上午10點一直持續到午餐時間，既令人振奮，又充滿啟發。我知道必須將這一發現記錄下來，盡管并不確定以何種形式。Pat Churchland建議我撰寫一篇綜述文章，最終我完成了這篇文章（Buzsáki, 1989）。此外，她和 Terry 還慷慨地在他們即將出版的著作The Computational Brain中專門為“兩階段模型”提供了一個章節。

當然，若想真正印證這套理論，缺的還是清晰的神經元層面的直接證據。在我搬到羅格斯大學后不久，遇到了來自密歇根大學的硅探針發明者Ken Wise。我們聯手設計了一款擁有24 個記錄點、6根探針的多點探針，能夠同時記錄多達50個神經元的活動，并確認漣漪是錐體細胞與快速放電中間神經元之間的一種競爭現象（Buzsáki et al., 1992）。

真正的挑戰在于數據存儲。即使使用當時最先進的系統“DataMax”，我們仍無法存儲超過10 分鐘的連續數據流。我們無力購買多套系統以記錄足夠長的海馬體數據，覆蓋實驗動物在新環境探索前后及睡眠狀態的全過程。

盡管我們已獲得一些關于學習誘導的重現現象的零散證據（Buzsáki et al., 1994），但賓夕法尼亞大學的George Gerstein建議我們不要使用成對相關數據（pairwise correlation data），而是采用他的“引力分析”方法。然而，該方法同樣需要遠超我們現在所有的大量數據。

與此同時，Matt Wilson和Bruce McNaughton提出了一個極具創新性的想法：僅選擇并保存尖峰數據，并將多臺計算機用于他們的四極探針記錄任務。這一方法效果顯著。在他們于 1994年發表在Science上的經典論文中*（Wilson and McNaughton, 1994），首次提供了清醒經歷會重新激活的直接證據。隨著計算機數據存儲能力的快速提升，我們得以更深入地探索SPW-Rs的奧秘。

?*Wilson, Matthew A., and Bruce L. McNaughton. "Reactivation of hippocampal ensemble memories during sleep." Science 265.5172 (1994): 676-679.

我的學生Zoltan Nádasdy通過多種方法，包括用CD播放器監聽尖峰模式，發現SPW-R爆發期間單個神經元的放電序列會穩定重復，這反映了清醒經歷的時間壓縮印記（Nádasdy et al., 1999）。這是一個很好的開始，從此，我持續著對SPW-Rs的思考和研究。

07 我們的新框架

在2001年榮獲Cajal Club頒發的Cortical Discoverer獎后，我曾受邀為某本著名期刊撰寫一篇綜述。我想要充分利用這個機會，于是寫了一篇探討神經科學主流思路是否行得通的文章。我的核心論點是：神經科學中沿用的許多術語，都源自民間心理學（folk psychology），而這些詞常常被同時用作“需要解釋的現象”（explanandum）和“用來解釋的概念”（explanans）這兩種不同的含義。我擔心，這種以人類自身視角為主導的框架，未必能給神經科學提供一條正確的路線圖。

因此，我主張換個角度，重新切割大腦的各種“自然屬性”。結果，一個月后我就收到了退稿信：“親愛的Gyuri……希望你能理解，為了期刊的利益，我們無法刊登你的這篇文章。”然而，我在文中提出的問題卻始終縈繞心頭。搬到紐約大學后，我決定把這些思考寫進一本面向更廣泛讀者的新書——The Brain from Inside Out。

自亞里士多德以來，許多思想家就認為，“心靈”或“靈魂”起初是一塊白板（tabula rasa），經驗在其上留下印跡?；浇膛c波斯哲學、英國經驗主義乃至馬克思主義理論等，皆深受此觀念影響。近一個世紀以來，這種“由外到內”（outside-in）的視角也滲透到心理學與認知科學中，把心智看作“認識外部世界本質”的工具。然而，另一個主張則一直引領我的研究方向：大腦網絡最主要的工作并非被動吸收外在信息，而是維持自有的內在狀態，時時刻刻生成海量神經活動模式。這些原本并無“意義”的活動模式，一旦與動作或外界有用信號掛鉤，就變得對機體至關重要。

因此，學習更像一場“匹配過程”，而非從零開始的計算。自這本書出版后，我不僅收到了來自神經科學同行和更廣泛領域讀者的反饋，還意外獲得了美國出版商協會（Association of American Publishers）在2020年頒發的Prose Award，這令我深感榮幸。

其實，均衡、對稱與“常態”主導著我們的思維和文化，也許是因為它們看上去簡單易懂。在神經科學中，人們也往往傾向于尋求“典型”或“代表性”的神經元及動態模式。可當我們在大規模記錄技術的幫助下，一次能采集數以百計、千計的數據并加以量化，就會發現一個截然不同的圖景。

我們以及其他研究者注意到：在腦內的很多生理及解剖層面，“諸多參數的分布往往嚴重偏斜，并呈現明顯的長尾特征（heavy tail），表明偏斜（通常是對數正態，lognormal）的分布方式，才是大腦結構與功能組織的根本”（Buzsáki and Mizuseki, 2014, p. 264）。換句話說，大腦并不是由無數功能近似、極具可塑性的成分拼湊而成，而是充滿了多元化、并非人人均等的組織方式；它們依托于既定的神經聯結和動力結構。學界常把這些預先存在的網絡結構稱為“吸引子”（attractors）或“流形”（manifolds），又或“神經圖式”（neural schemata）。這一認識不僅影響了我們采集、分析和闡釋數據的方式，也引出了全新的一套思考框架。

過去十年里，我們的大部分研究都在這個新框架下展開。盡管海馬體依舊是我們的研究核心所在，但為更好理解其運算功能，我們也把目光投向與之相關聯的腦區。將研究從海馬擴展到“方向細胞”的探索令人倍感回報，因為實驗結果顯示，那些看似受外部控制的神經機制，其實高度依賴自主組織，在睡眠期間仍然存在（Peyrache et al., 2015）。另外，一系列實驗也在檢驗：那些看似通過學習才形成的神經元模式，究竟在多大程度上早已預先存在（Grosmark and Buzsáki, 2016；McKenzie et al., 2021；Valero et al., 2022）。由此，我們更加關注神經元聯結及生理交互的胚胎起源與先天局限。

與過去流行的“外部輸入通過活動依賴的可塑性塑造連接和動態模式”的框架不同（“若共同發放，則攜手相連”），我們發現，另一種情境也可能存在，“在一同出生的神經元，會一同聯結并一起放電”（Huszár et al., 2022, p. 1210）。后來的研究更讓我們驚奇：很多實驗室都把海馬體的尖波-漣漪視為認知層面的生物標記，但實際上，這種模式很早就已出現，遠早于復雜的新皮層能夠讀出海馬銳波中的記憶內容之時。我們還發現，這樣的活動形式能減少體內細胞間隙中的葡萄糖含量；也就是說，“看似截然無關的認知與全身代謝兩大過程，因海馬尖波-漣漪而連接在一起，”讓“記憶與代謝在機體內同時被調控”（Buzsáki and Tingley, 2023, p. 204）。

我常自我安慰說，手頭正在寫的論文就是目前“最重要”的工作。數十年來，我們對海馬尖波-漣漪的專注與探究，最近終于有了更讓人信服的解釋。一直以來，人們都認為學習的過程需要某種“打標簽”的步驟，但大腦究竟使用什么手段來給經驗分門別類，始終缺少確鑿證據。而我們發現，尖波-漣漪正是那把“篩選”的鑰匙。只有當一段經歷被尖波-漣漪標記后，它才會在后續的睡眠中反復“重放”。換言之，尖波-漣漪起到事后編輯的作用，決定了哪些信息該被保留下來，以備將來之需（Yang et al., 2024）。

我之所以無法在此細述過去數十年我們實驗室里那些重要進展，也未能提及很多天賦異稟的學生、博士后與同事，是因為我在關鍵時刻或回憶時，大腦里恐怕沒有產生足夠的尖波來鐫刻這些經歷。不過，若想了解更多，可參看2019年的一張合影，當時在職和曾在職的實驗室成員齊聚一堂，共同慶祝彼此的友誼（我那年恰好滿70歲）。

?圖：2019 年團隊聚會。圖源：https://Buzsákilab.com/wp/labmembers/ group-photos/

08 后記

讀完本期特刊中的諸多故事后，我希望讀者能夠體會到，研究海馬體是一種難得的殊榮。在這片學術園地里，有太多善良而慷慨的同行?；仡欉^去，我仍深感人們從一開始對我的支持與包容。初到美國時，我便被各系邀請做學術演講，所到之處皆受熱情接待，仿佛我已是一位頗具聲望的人物。

我深知，自己永遠無法完全回報這些同事及許多他人的慷慨與支持。但我始終努力去幫助那些真正需要且值得幫助的人。科學是由誠實且敬業的人共同創造的。它是一項人類合作的偉大事業。在海馬體研究領域更是如此。

• Buzsáki, Gy?rgy. "From Inhibition to Exciting Science." Hippocampus 35.1 (2025): e23659. 我們輔助2024年的Gyorgy Buzsáki寫的神經科學簡史做了內容補充和修改。

其他注釋及補充閱讀：

顆粒細胞（granule cells）和錐體細胞（pyramidal cells）是大腦中兩種主要的神經元類型。

內嗅皮層（Entorhinal Cortex） 是大腦皮層的一部分，位于海馬體的前端，是信息進入和離開海馬體的重要通路。它與學習、記憶和空間導航密切相關，特別是它的投射對θ波節律和記憶形成至關重要。內嗅皮層是海馬回路的重要組成部分，在研究海馬的功能時經常被提及。

CA3和CA1都是海馬體的區域。

行為動物指沒有被麻醉的清醒狀態的動物。

在早期神經科學實驗中，研究者會將神經元放電（尖峰活動）轉換為音頻信號，以便更直觀地監控神經元的活動模式。

海馬體形成（hippocampal formation）是一個解剖學和功能性術語，用于描述與海馬體密切相關并在學習、記憶和空間導航中發揮作用的腦區集合。它不僅包括海馬體本身，還包括一些相互連接、功能相關的結構。

支配（innervate）指神經纖維向目標組織（如肌肉、腺體或其他神經元）發送信號，以控制或調節其功能。

隔區（septum）：在神經解剖學中，隔區（septum）指的是大腦的中間結構，位于大腦半球的內側，連接海馬體和其他邊緣系統結構。隔區在調節海馬節律活動（如θ波）中起關鍵作用，特別是它的膽堿能和GABA能投射會影響海馬的興奮性和抑制性平衡。

高幅度場θ波（High Amplitude Field Theta Waves）：

●θ波（theta waves）是4-8Hz的腦電波，在記憶、導航和注意力任務中尤為重要，主要由海馬體和內嗅皮層的神經元活動產生。

●高幅度（high amplitude） 指的是這些θ波的電信號振幅較大，意味著神經活動更同步、更強烈。

●場（Field） 指的是局部場電位（Local Field Potential, LFP），代表一群神經元的整體電活動，而不僅僅是單個神經元的放電。

簡而言之，高幅度場θ波是指多個神經元同步產生的、較強的4-8 Hz腦電波，通常在學習和記憶過程中出現。

源與匯（sources and sinks）

在電生理學中：

●Source（源） 指的是電流離開腦組織的地方（相當于電場的正極）。

●Sink（匯） 指的是電流進入腦組織的地方（相當于電場的負極）。

這些源和匯是由于突觸活動導致的電流流動產生的。例如，當興奮性輸入到達樹突時，樹突可能是電流的匯，而胞體可能是電流的源。這意味著不同的腦區之間通過電流的流入和流出，形成了θ波這種節律性腦電活動。

可以把source（源）想象成水流從噴泉噴出的地方，而sink（匯）就像水流匯聚的池塘。腦中的“源”就是電流從某個地方流出的區域，而“匯”就是電流流入的區域。當這些“源”和“匯”以協調的方式工作，就能形成大范圍的腦電波（比如θ波）。

海馬切片（hippocampal slice preparation）是一種體外（in vitro）實驗方法，研究者取出大腦中的海馬體，并切成薄片（通常300-400微米厚），然后在人工腦脊液（aCSF）中保持其存活，以研究神經回路的活動。這種方法常用于研究神經傳遞、突觸可塑性和電生理特性，因為它保留了海馬的基本功能和連接，同時便于實驗控制和記錄神經活動。

為什么能用？

●這種方法可以直接刺激和記錄海馬神經元的活動，避免了在體實驗中的復雜變量（如全身狀態、血液循環等）。

●海馬結構清晰，尤其是CA1、CA3區的回路在切片中仍然保留，適合研究突觸傳遞和神經回路活動。

●刺激和記錄相對穩定，可以精確控制神經元的輸入和輸出，適合研究前饋抑制等現象。

什么是順向刺激（orthodromic Stimulation）和逆向刺激（antidromic Stimulation）？

●順向刺激（orthodromic stimulation） 指的是刺激神經元，使其信號沿著自然的方向傳遞，例如在輸入區域刺激，讓信號向輸出區域傳播。

●逆向刺激（antidromic stimulation） 則是刺激神經元，使信號逆著正常的方向傳播，即從軸突端向胞體方向反向傳遞。

在這個實驗中：

●順向刺激 可能是指刺激內嗅皮層或CA3區，信號自然傳播到CA1。

●逆向刺激 則可能是指直接刺激CA1的軸突，讓信號反向傳遞。

抑制性突觸后電位（IPSPs）

●抑制性突觸后電位（IPSPs，Inhibitory Postsynaptic Potentials）是神經元接收到抑制性輸入時產生的電信號，它會讓神經元更難以興奮。

●更大的IPSP振幅說明抑制效果更強，即神經元受到的抑制作用更明顯。

在這個實驗中，順向刺激比逆向刺激誘發了更強的IPSP，說明前饋抑制的作用更強。

CA1錐體細胞 CA1 Pyramidal Cells 有什么特別之處？

●CA1區 是海馬的一個關鍵區域，主要負責信息整合和輸出。

●CA1錐體細胞（CA1 Pyramidal Cells） 是該區域的主要興奮性神經元，具有長樹突、錐形胞體，并在學習和記憶中發揮重要作用。

在這個實驗中，研究者測量的是CA1錐體細胞的IPSPs，因為它們是海馬回路中一個重要的計算節點。

為什么這是前饋抑制的有力支持？

前饋抑制（Feed-Forward Inhibition） 指的是當一個輸入不僅激活椎體神經元（如CA1錐體細胞），還同時激活抑制性中間神經元（interneurons），這些中間神經元會立即對椎體神經元施加抑制，從而調節信號傳遞的強度和時間。

為什么這個實驗支持前饋抑制？

●順向刺激（orthodromic stimulation）引發更大的IPSP，說明當輸入信號自然地到達CA1時，不僅直接興奮CA1錐體細胞，還同時強烈激活了抑制性中間神經元，導致CA1的抑制性輸入增強。

●如果是逆向刺激（antidromic stimulation），它不會激活前饋回路，因此IPSP較小。

●這個結果說明前饋抑制確實在CA1區發揮重要作用，控制信號的強度和節律。

運動神經元（motoneuron）

運動神經元（motoneuron） 是控制肌肉運動的神經細胞，位于脊髓或腦干，通過軸突將信號傳遞到肌肉，使其收縮。根據位置不同，運動神經元可以分為：

●上運動神經元（Upper motoneurons）：位于大腦皮層或腦干，向脊髓發送指令。

●下運動神經元（Lower motoneurons）：位于脊髓前角，直接支配肌肉。

細胞外（extracellular）

細胞外（Extracellular） 指的是神經科學實驗中記錄神經元活動的一種方法，即在細胞外部放置電極，測量多個神經元的放電（動作電位）活動，而不直接刺入細胞內部。這種方法用于研究神經回路的整體活動，而不會破壞單個神經元。

腹內側運動神經元池（Ventro-medial Motor Neuron Pool）

●Ventro-（腹側）：指脊髓的腹側（前側），與背側（dorsal）相對。

●Medial（內側）：指靠近中線的部位。

●Motor Neuron Pool（運動神經元池）：指一組控制相同肌肉的運動神經元，它們共同作用以協調肌肉運動。

腹內側運動神經元池 指的是位于脊髓腹側、內側的運動神經元群，通常負責控制軀干和近端肌肉（如軀干穩定和姿勢調節）。

腹根（Ventral Root）

腹根（Ventral Root） 是脊髓的一部分，攜帶運動指令的神經纖維，將信號從脊髓傳遞到肌肉，使肌肉收縮。

脊髓神經根分為兩部分：

●背根（Dorsal Root）：傳輸感覺信息（如疼痛、觸覺）到中樞神經系統。

●腹根（Ventral Root）：傳輸運動信號到肌肉。

在實驗中，刺激腹根可以激活運動神經元，從而觀察其在神經回路中的作用。

軸突側支（Axon Collaterals）

軸突側支（Axon Collaterals） 是指神經元的軸突在延伸過程中分出的分支，這些分支可以：

●與多個靶細胞形成突觸，擴大信息傳遞范圍。

●反饋到自身或鄰近神經元，調節神經回路的活動。

在Renshaw細胞的研究中，運動神經元的軸突側支會激活局部中間神經元（Renshaw細胞），進而對自身施加抑制性控制，這是一種負反饋調節機制。

軸突（Axons） 是神經元用于傳遞信號的長突起，負責將電信號從胞體（soma）傳輸到突觸（synapse），然后再傳遞到下一個神經元或肌肉細胞。

軸突是神經系統信號傳輸的主要結構，長度可以從幾微米到超過1米（如脊髓到腿部的運動神經元軸突）。

在Renshaw 細胞的研究中，運動神經元的軸突發出側支（axon collaterals），激活抑制性中間神經元，使其向運動神經元發送抑制信號，形成一種反饋抑制機制。

為什么要從細胞外記錄（extracellular）改為細胞內記錄（intracellular）？

最初，Birdsey Renshaw 采用細胞外記錄技術來觀察運動神經元池的放電活動，這種方法適合記錄多個神經元的整體活動，但無法直接測量單個神經元內部的電位變化。

John Eccles 的團隊后來改用細胞內記錄，主要是為了：

●更精確地測量神經元膜電位的變化，尤其是突觸輸入對單個神經元的直接影響。

●觀察興奮性和抑制性信號的具體作用，比如超極化（hyperpolarization）如何影響神經元的興奮性。

●驗證Renshaw細胞的抑制作用，通過直接記錄運動神經元內部的電位，確鑿地證明Renshaw抑制的存在。

換句話說，細胞內記錄能提供更直接的證據，證明Renshaw抑制是真實存在的，并揭示其作用機制。

超極化（hyperpolarization），顯著的超極化能證明什么？

超極化（hyperpolarization） 指的是神經元膜電位變得比靜息電位更負，這會抑制神經元的興奮性，使其更難以產生動作電位（放電）。

在這個實驗中：

●John Eccles團隊觀察到運動神經元在Renshaw細胞的作用下產生了顯著的超極化，這表明Renshaw細胞確實對運動神經元產生了抑制作用。

●這個現象與回饋抑制（recurrent inhibition）的理論相符，進一步證明Renshaw細胞在運動神經系統中的調節作用。

結論：這個發現直接證實了Renshaw抑制的存在，并揭示了其作用機制——當運動神經元發放動作電位時，它們的軸突側支會激活Renshaw細胞，而Renshaw細胞反過來對運動神經元產生抑制作用，防止其過度放電。

籃細胞（basket cell）

籃細胞是一種抑制性神經元，它的軸突像“籃子”一樣包圍其他神經元的細胞體，主要作用是調節大腦中的信息傳遞，防止過度興奮，幫助維持神經活動的平衡。wikipedia

回饋抑制（recurrent inhibition）和前饋抑制（feed-forward inhibition）

回饋抑制（recurrent inhibition），又名Renshaw抑制

前饋抑制（feed-forward inhibition）

圖片來源于視頻：

https://www.youtube.com/watch?v=qS-BN5j8oWE

“然而，在大多數研究人員，尤其是心理學家的觀念中，只有一種抑制功能（即回饋抑制）存在。”

這句話的意思是，在20世紀中期，大多數神經科學家（尤其是心理學家）只認可回饋抑制作為大腦中的主要抑制機制，而忽略了前饋抑制的存在或重要性。

瑜伽士（Yogis）

指的是長期修習瑜伽、專注于冥想和精神修煉的人，尤其是在印度傳統中，瑜伽士通常是追求自我超越和靈性覺醒的修行者。

三摩地狀態（Samadhi）

三摩地（Samadhi）是瑜伽和印度哲學中的一種深度冥想狀態，被認為是意識完全專注、超越個體自我，并與更高智慧或宇宙合一的境界。在這一狀態下，個體可能體驗到極度的平靜、專注和超然意識，并且在某些情況下，大腦活動會呈現穩定的40Hz伽馬波，這被認為與高度認知和意識覺醒相關。

學術休假（sabbatical time）

Sabbatical 指的是學術休假，通常指大學教授或研究人員在長期教學或科研工作后，休假一段時間，用于專心研究、進修、寫書或與其他機構合作。

●通常為半年或一年，學校仍然提供薪資或部分薪資支持。

●目的：讓學者有時間專注于科研、拓展學術合作或探索新領域，而不是被日常教學和行政工作占據。

●常見于歐美高校，如美國、歐洲的大學會鼓勵教授在任職幾年后申請 sabbatical，以促進學術創新和合作。

在這個語境下，Carol Barnes和Bruce McNaughton可能正在奧斯陸的某個研究機構或大學，與 Per Andersen 一起進行短期合作研究，而不是單純的“度假”。

Tim Bliss和Graham Goddard

Tim Bliss是LTP研究的奠基人，而Graham Goddard也是突觸可塑性領域的重要人物。

點燃現象（Kindling Phenomenon）

點燃現象（Kindling）是Graham Goddard在 1967 年發現的一種神經可塑性現象，指的是反復給予大腦低強度的電刺激后，神經元的興奮性會逐漸增強，最終可能發展為癲癇樣發作。

主要特點：

1.低強度刺激本身不會立即引發癲癇，但隨著刺激的累積，大腦的反應會逐漸增強。

2.最終，哪怕不再施加刺激，神經元仍然會異常放電，表現出癲癇樣的發作。

3.這種突觸可塑性機制被認為與學習、記憶，以及癲癇發生機制有關。

點燃現象的科學意義：

●癲癇研究：Kindling是研究癲癇如何逐步發展的重要模型，被廣泛用于探索癲癇發作的神經機制。

●突觸可塑性：它表明神經系統在反復刺激下會發生長期變化，這一原理也適用于學習和記憶的研究。

●神經精神疾?。狐c燃現象可能與焦慮、抑郁、創傷后應激障礙（PTSD）等相關，因為這些疾病可能涉及大腦的異?？伤苄浴?/p>

簡單比喻：

就像一個人開始時對某種刺激不敏感，但不斷接受相同刺激后，會變得越來越敏感，最終即使沒有外部刺激，也會表現出強烈的反應。大腦的點燃現象類似于這種“逐步強化”的過程。

教學信號（Teaching Signal）

教學信號（Teaching Signal）在神經科學中通常指的是一種用于引導神經網絡學習和塑造突觸連接的特殊信號。它類似于生物系統中的“監督信號”，可以促進突觸可塑性，幫助神經系統調整自身的連接模式。