最后，灵长类动物和啮齿动物一样，可能会出现单独的慢伽马节律和快伽马节律。在癫痫患者中，海马体中已报道存在低频和高频伽马振荡，高频伽马振荡与记忆编码相关。在猴海马体中，已证实神经元放电由单独的慢伽马节律和快伽马节律协调，且由快伽马节律协调与成功记忆编码相关。
一、θ波
θ波是一种频率较低的正弦波，在动物主动探索环境和快速眼动（REM）睡眠期间，海马体的所有亚区都会出现这种波形。θ波最初是在兔子身上发现的，此后在许多物种中都有记录，包括猫、大鼠、小鼠、蝙蝠、猴子和人类。这种活动波形也出现在许多皮质和皮质下区域。在啮齿动物的海马体中，θ波是研究最广泛的节律，在其运动行为期间很容易观察到高振幅的θ波。长期以来，人们一直认为研究人员对角带-中隔带是θ节律的起搏器，因为首次发现海马θ节律在中隔损伤后消失。此后，这一结果被多次重复，并且关于研究人员对角带-中隔带在海马θ节律生成中的作用，人们还揭示了许多其他细节。
01.机制
作为θ节律起搏器的中隔带GABA能细胞作用于齿状回、CA3和CA1区的中间神经元。中隔中间神经元有节律地解除对海马锥体神经元的抑制，从而促进其θ节律性放电。起搏作用的中隔中间神经元表达副肌球蛋白，并且表达超极化激活的环核苷酸门控通道，这可能有助于其起搏特性。然而，θ节律生成的机制比这个简单的总结所暗示的要复杂得多。中隔中间神经元终止于不止一种类型的海马中间神经元。此外，不同类别的海马中间神经元在θ周期的不同阶段锁定其放电。最近的一项研究发现，中隔中间神经元通过释放γ-氨基丁酸来抑制海马中间神经元，从而促进θ节律的生成。此外，中隔中间神经元还通过释放谷氨酸来激活海马中间神经元，从而促进θ节律的生成。这些发现表明，中隔中间神经元通过多种机制来调节海马中间神经元的活动，从而促进θ节律的生成。对清醒且处于活动状态的小鼠海马中间神经元的研究发现，富含钙结合蛋白的篮状细胞在θ波周期的较早阶段（此时位置细胞更倾向于放电）比富含生长抑素的中间神经元更早放电。这些发现表明，海马体中不同类型的中间神经元在θ波周期的不同阶段具有不同的功能。
支持这一观点的是，在一项研究中，当头固定的小鼠在包含视觉和触觉线索的跑步机上奔跑时，不同类型的中间神经元被抑制。抑制富含钙结合蛋白的中间神经元（主要作用于细胞体周围）会增加位置细胞在其位置场早期部分的放电，这对应于θ波周期的较晚阶段。相比之下，抑制富含生长抑素的中间神经元（主要作用于树突）往往会增加位置细胞在其位置场后期部分的放电，这对应于θ波周期的较早阶段。这些发现表明，富含钙结合蛋白的中间神经元在θ波期间选择哪些位置细胞被激活方面发挥着作用。研究结果还表明，当动物到达其位置场的末端时，生长抑素阳性中间神经元可能会抑制位置细胞的活动，从而使网络能够根据正在进行的行为和当前的环境线索更新其位置表示。
与不同类型的中间神经元在不同θ相位放电的发现一致，已表明不同类型的中间神经元机制参与了θ节律的产生。首先，如上所述，中间神经元的θ节律性抑制对于θ节律的产生至关重要。此外，缺乏功能性γ-氨基丁酸A型受体的副肌球蛋白阳性中间神经元的小鼠表现出θ节律减弱。另一个重要的由中间神经元介导的θ节律产生机制是锥体细胞活动的节律性抑制。对这一机制的支持性研究发现，在行为活动中的小鼠体内，特异性沉默θ波调制的钙结合蛋白阳性及生长抑素阳性中间神经元，会提高其所在位置场内位置细胞的放电频率。此外，当生长抑素阳性中间神经元被沉默时，位置细胞会产生更长的脉冲串。而且，其他研究显示，θ波调制的中间神经元不仅抑制脉冲发放，还能诱导锥体细胞产生θ波同步放电。在海马切片中，中间神经元的θ波节律性激活会引发抑制后反弹放电，从而在多个锥体细胞中产生θ波同步放电。与这些发现一致的是，在最近一项对自由活动于自家笼中的小鼠的钙结合蛋白阳性中间神经元的研究中，结果表明，钙结合蛋白阳性中间神经元的θ节律性激活会诱导锥体细胞的反弹放电和θ节律性放电。非γ-氨基丁酸能机制也参与了θ节律的产生。首先，在θ节律期间，兴奋性电流是必不可少的。一项对固定头部的小鼠在富含线索的跑步机上跑步的研究发现，抑制中间神经元不会影响其位置场之外的位置细胞，这表明在θ周期内激活特定位置细胞需要兴奋性输入。其次，促进θ共振的锥体神经元的内在特性也可能在θ节律的产生中发挥作用。例如，HCN1被认为有助于神经元的θ节律性放电，而阻断HCN1会减少由钙结合蛋白阳性中间神经元的节律性激活所诱导的锥体细胞尖峰的θ节律同步。然而，HCN通道在θ节律产生中的确切作用仍不清楚，因为也有报道称HCN1基因敲除小鼠的θ节律增强。最后，来自内侧隔区的胆碱能输入也参与了θ波的生成。内侧隔区的胆碱能投射对于动物未进行主动行为时出现的θ节律是必需的，这种θ节律被称为阿托品敏感型θ波。在动物处于不活跃状态时，胆碱能刺激可能为海马体提供兴奋，此时驱动阿托品抗性θ波的运动相关输入缺失。此外，胆碱能输入在θ波生成中的一个重要作用可能是抑制另一种节律——尖波-涟波，这种节律的作用方式与θ波是拮抗的（见方框2）。
方框 2 | 海马体不同节律之间的相互作用
海马体的不同节律以多种方式相互作用。尖波-涟波在没有外部输入的情况下持续发生。当动物从不活跃行为转变为活跃行为时，外部输入（如胆碱能输入）可能会抑制尖波-涟波，从而使θ节律占主导地位。
θ节律性抑制事件划分了θ周期，这些周期与获取感觉信息的行为相关，例如嗅探和眼球运动。通过这种方式，每个θ周期都可能为海马体提供当前环境的快照，因为动物积极地采样外部刺激，而海马体则对这些刺激进行编码。然而，θ节律也存在于海马体内部操作期间，例如先前存储记忆的检索和对未来的设想。在这样的海马体内部网络操作期间，每个θ周期都可能激活一组协调的细胞，这些细胞代表先前存储的记忆或预期的未来轨迹。
外在驱动和内在驱动的网络操作之间的转换可能取决于在θ周期内嵌套的γ节律类型：快速γ节律促进来自内侧内嗅皮层（MEC）的外在输入，而慢速γ节律促进来自CA3的内在信号。与慢速γ节律促进来自CA3的内在信号这一观点一致的是，慢速γ节律也出现在尖波-涟波期间，这表明慢速γ节律可能促进任何CA3向CA1传递信息的状态。
对于快速和慢速两种γ节律变体，构成γ周期的抑制事件可能起到选择当时接收最多兴奋性输入、从而携带最显著信息的细胞的作用，同时过滤掉嘈杂的无关输入。
除了已知的复杂机制外，最近的研究发现，在整个海马体的体外准备中，即使没有内侧隔区起搏器输入，θ波仍可出现。这一发现表明，θ波也可以从海马体内的局部电路相互作用中产生。然而，很明显，内侧隔区的输入对于行为中的动物驱动θ波至关重要，因为大量研究表明，内侧隔区损伤或失活会破坏θ波的生成。
02.功能
研究表明，脑电图中θ波的出现程度可预测动物学习的速度或记忆的效果。这些发现促成了θ波在学习和记忆中起关键作用这一理论的形成。此后，大量研究将θ波与记忆任务表现和突触可塑性联系起来，为这一理论提供了有力证据。然而，最近一项涉及位置细胞记录的研究对这一理论提出了质疑。位置场随着动物对新环境的熟悉而出现，人们通常认为位置细胞表征的发展与空间学习相对应。因此，令人惊讶的是，该研究表明，在大鼠中，即使通过隔区失活阻断了θ节律和θ节律对尖峰的同步作用，位置场仍在新环境中形成。此外，飞行蝙蝠也有位置细胞，尽管这些位置细胞的放电几乎没有或完全没有θ节律性。这些发现表明，θ节律性并非位置场形成所必需，从而暗示θ波在单细胞水平上并非形成空间记忆表征所必需。然而，需要注意的是，记忆是一个涉及协调的神经元群而非孤立神经元的分布式过程，因此，多项研究表明，θ波对于由神经元群所代表的记忆的形成是必要的。最近一项针对大鼠的研究表明，通过使内侧隔区失活来阻断θ节律，会损害延迟空间交替记忆任务的表现，并破坏按特定顺序激活的有组织的地方细胞群。这种有组织的神经元群被称为θ序列（图1），该研究结果表明，对于记忆操作而言，θ序列而非孤立的地方细胞更为重要。支持这一观点的是，θ序列已被证明是经验依赖的，并且代表了涉及位置序列的有意义概念（例如通往奖励的路径）。此外，θ序列并非仅仅反映了海马网络中的硬连线连接，而是相反，它们会根据动物的行为意图动态变化。这些结果表明，θ波节律将不同的细胞连接在一起，形成支持记忆操作的功能性细胞群，通过提供复杂概念和经验的综合表征来发挥作用。
图 1 | 空间记忆操作期间海马体中的θ序列。动物轨迹中的连续位置由单个θ周期内 CA3 或 CA1 位置细胞的有序尖峰序列表示，称为θ序列。此图展示了啮齿动物为获取奖励而要走的路径的示意图（底部）、正在进行的θ节律（顶部）以及两个放大的θ周期的位置细胞的θ序列（中间），位置细胞根据其位置场在路径中的特定点进行颜色编码。对于θ序列中的单个位置细胞，尖峰在连续的θ周期中出现在逐渐提前的θ相位，这种现象称为θ相位进动。因此，在早期和晚期θ相位的尖峰分别代表轨迹中的早期和晚期位置。
θ波还可能通过连接编码同一经验不同方面的神经元，整合海马体接收到的各种类型的感官信息，例如嗅觉和视觉输入。θ波节律非常适合协调多模态感官信息，因为它们与获取感官刺激时所使用的动作相关联，包括嗅探和触须摆动。这些关联对于感官信息的最佳获取可能很重要。例如，在嗅觉辨别任务中，当大鼠的嗅探速度低于θ频率时，其表现不佳。此外，当大鼠只是在空气中胡须摆动而并非主动嗅探气味刺激时，海马体中的θ节律与胡须摆动并不同步。另外，最近的一项研究报道，在猴子执行视觉记忆任务时，眼球运动重置了海马体θ节律的相位，这表明眼球运动使海马体做好了接收视觉信息的准备。综合来看，这些结果表明神经元活动的θ协调以及对感觉刺激的主动采样共同产生了当前环境的综合表征。
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此外，每个θ周期可能代表了情景记忆中的一个基本信息单位。支持这一观点的是，对大鼠的研究表明，不同环境或同一环境但奖励位置改变的不同表征主要分布在不同的θ周期内。在内嗅皮层中，编码头部方向的神经元群之间也出现了类似的θ分离现象。大鼠的副下托区域中，处于同一θ波周期放电的头部方向细胞对相似的头部方向敏感，而处于不同θ波周期放电的细胞则偏好不同的头部方向。这些研究共同表明，携带相关信息的脉冲在θ波周期内相互关联，而不同的（因而可能相互冲突的）信号则在不同的θ波周期中被分隔开来。
上述功能与清醒状态下出现的θ波相关。然而，在快速眼动睡眠期间，海马体中也存在显著的θ波，尽管其频率较低，且区域分布与清醒时不同。有趣的是，清醒状态下出现的位置细胞放电模式在随后的快速眼动睡眠期间的θ波中重现，这表明与快速眼动睡眠相关的θ波可能在记忆巩固中发挥作用。
二、尖波涟漪
尖波涟漪是一种大振幅、不规则出现的局部场电位模式，在动物清醒静止、慢波睡眠以及摄食行为期间均可观察到。这些节律主要局限于海马网络，不过在内嗅皮层中也有发现。波纹-涟漪被广泛认为起源于海马体，因为它们在海马切片以及移植的海马移植物中持续出现，而这些切片和移植物中海马体的传入纤维缺失。在本节中，我将重点探讨波纹-涟漪产生的机制与其假定的记忆功能之间的关系。关于波纹-涟漪产生的机制的更多细节，我建议读者参考最近的一篇全面综述。
01.机制
尽管尖波和涟漪是耦合的，但它们被认为是具有不同起源的独立事件。尖波是兴奋性事件，从CA3传递到CA1。相比之下，涟漪是由CA1中对胞体周围起作用的篮状细胞中间神经元的涟漪频率放电在局部产生的。在涟漪期间，CA1的放电不太可能由CA3驱动，因为CA1位置细胞的尖峰与CA1涟漪相位锁定，但CA3的尖峰则不然。此外，CA3和CA1之间的涟漪并不相干；具体而言，CA1涟漪的频率高于CA3涟漪。
尽管如此，与尖波相关的CA3放电可能会影响涟漪期间CA1细胞的放电，正如对位置细胞重放或再激活的研究所表明的那样。重放指的是在活跃探索期间出现的位置细胞放电模式在随后的尖波-涟波期间重新激活的现象（图2）。一项研究调查了大鼠CA3和CA1位置细胞在清醒状态下CA1中检测到涟波时的重放情况。该研究的数据表明，CA3和CA1位置细胞同时重放相同的空间记忆。此外，另一项研究发现，抑制CA3对CA1的输入会损害与涟波相关的CA1位置细胞对的再激活。与涟波在局部生成的观点一致，抑制CA3输入时CA1中涟波的发生率没有显著变化，尽管涟波频率较低。
图 2 | 尖波-涟波期间的重放。a | 图的这一部分展示的是当啮齿动物在一条直线轨道上以特定轨迹穿过位置细胞的位置区域时，相继激活的位置细胞产生的尖峰（顶部）。每一行彩色的刻度标记代表来自不同位置细胞的尖峰（校准：500 毫秒）。b | 图的这一部分展示的是一个在直线轨道末端随后的休息期间记录的尖波-涟波的示例（顶部）；在原始记录的正下方展示的是经过带通滤波（150 - 300 赫兹）的尖波-涟波。位置细胞集合的尖峰在尖波-涟波期间以与探索期间相同的顺序重新激活，但时间尺度更快（校准：50 毫秒）。
此外，已发现睡眠中的大鼠CA1涟波频率与尖波幅度呈正相关，这表明来自CA3的更强兴奋会在CA1中产生更快的涟波。在这项研究中，CA1细胞放电在睡眠期间与涟波相位锁定，因此更快的涟波预计会促进CA1中更短的峰间期。这可能使CA1能够向其下游目标发送更强大的输出。支持这一观点的是，海马体的涟波活动在新皮质纺锤波达到峰值之前达到峰值已有报道。因此，涟波可能在记忆巩固期间促进记忆向新皮质的转移，这是尖波-涟波通常被认为的功能。然而，另一项研究报道新皮质纺锤波先于海马体涟波出现，这表明新皮质投射也会影响海马体涟波的内容。
涟波形成的机制也支持涟波具有记忆巩固功能这一观点。在尖波-涟波期间，CA1锥体细胞不仅被尖波去极化，还受到涟波的强烈侧向抑制。这种侧向抑制提高了放电阈值，阻止了大多数细胞放电。这表明涟波可能只选择那些编码最强烈的记忆进行巩固。也就是说，只有那些获得足够兴奋的细胞，很可能是那些在早期学习期间突触得到增强的细胞，才会被激活。能够克服这种抑制并将记忆痕迹传送到长期存储区。在记忆被转移到新皮质存储位点的过程中，编码记忆的神经机制可能会在CA3和CA1之间的突触中去强直化。支持这一观点的是，在表现出尖波涟波的海马切片中，Schaffer侧支突触的长时程增强作用会随时间衰减。此外，在事件发生后的慢波睡眠过程中，CA1中事件的重新激活不仅不会增加，反而会减少。而且，大鼠位置细胞的经验依赖性可塑性在CA3中可以持续数天，但在CA1中一夜之间就会消失。
02.功能
任何关于尖波-涟波假定的功能都必须与慢波睡眠的无意识性质相一致，慢波睡眠是尖波-涟波最常出现的状态。因此，尖波-涟波一直被认为不参与对传入感觉信息的主动采样以及相应的感觉体验记忆编码。相反，传统上认为尖波-涟波执行离线记忆功能，包括记忆巩固以及海马记忆痕迹的消除。然而，近期证据表明，尖波-涟波在某些主动空间导航方面起着关键作用。有时，位置细胞必须传递与动物当前位置不同的位置表示。在这种情况下，位置细胞不能仅仅对由即时环境刺激驱动的输入做出反应，而是必须由另一种形式的兴奋性输入激活。尖波长期以来一直被认为是兴奋性事件，最近对行为中的小鼠进行的细胞内记录证实了在锥体细胞中存在去极化事件的现象在尖波期间出现。此外，在执行空间记忆任务的大鼠中，当尖波在主动导航的间歇期间发生时，位置细胞已被证明能够代表与动物当前位置不同的位置。因此，尖波很可能提供兴奋，使位置细胞在需要表示远处位置的清醒行为期间在其位置场之外放电。
未来轨迹的规划需要对远处位置的地图进行内部表示，新的证据表明尖波-涟波对于检索此类地图很重要。最近的一项研究发现，在学习空间记忆任务的大鼠中阻断尖波-涟波会损害任务表现，这表明清醒动物中的尖波-涟波参与了基于记忆的轨迹规划。另一项研究在大鼠执行空间记忆任务期间检查了尖波-涟波，在该任务中，大鼠寻找随机放置的奖励，然后返回可预测的目标位置。在任务的休息期间，发现尖波-涟波期间位置细胞的脉冲序列这些路径代表着通向目标的路径。重要的是，在尖波-涟波期间所代表的路径与随后为达到目标所采取的路径相匹配。另一项近期研究调查了正在学习空间交替迷宫的大鼠的尖波-涟波现象。在大鼠决定走哪条路期间，对与尖波相关的放电进行了研究。随着任务表现的提高，发现代表迷宫位置的成对位置细胞在正确选择前出现的尖波期间比在错误选择前出现的尖波期间更有可能共同激活。
很可能空间路线规划并非是尖波-涟波发挥作用的唯一清醒状态下的功能。尖波-涟波可能在海马网络进行内在驱动的过程时出现，但在由即时感官环境驱动的过程时不会出现。这种内在操作可能包括记忆检索、设想未来（如上文所述的轨迹规划）或想象从未发生过的经历。关于想象从未发生过的经历，已有研究表明，在尖波-涟波期间，位置细胞序列能够代表之前未曾经历或之后未曾走过的路径。在尖波-涟波期间空间记忆的时间压缩与这一系列功能相一致，因为记忆以比其经历时更快的时间尺度被检索（或想象）。然而，值得注意的是，当前的感觉刺激仍然能够影响在尖波-涟波期间哪些位置细胞放电。例如，在清醒的大鼠中，由位置细胞序列在尖波期间以正向和反向顺序代表的路径通常始于或接近动物当前的位置。此外，在动物睡眠期间，感觉刺激可以影响尖波期间放电的位置细胞群的选择。在最近一项针对执行听觉-空间关联任务的大鼠的研究中，听觉线索在清醒时与特定的位置细胞放电模式相关联。随后呈现这些听觉线索会引发与清醒时相同的尖波期间的位置细胞放电模式。在非快速眼动睡眠期间出现的提示，导致了在先前学习过程中由这些提示激活的位置细胞群优先重新激活。
三、伽马波
在多种行为过程中，海马体中会记录到伽马波，但其振幅低于与之同时出现的θ波和尖波。或许正因如此，至少在活体实验中，伽马波受到的关注不如θ波和尖波-涟波。伽马波频率的高变异性也使其在行为动物中的测量变得复杂。
近期，多位研究人员开始认同，在CA1区域内被定义为伽马波（约25-100赫兹）的广泛频率范围内的节律性活动实际上包含了不止一种类型的脑电波（图3）。频率范围较低端（约25-55赫兹）的活动被称为“低伽马波”或“慢伽马波”，由CA3驱动。第二种伽马波类型则表现出更高的频率范围（约60-100赫兹），并受来自内嗅皮层的输入所控制；在一些研究中，这种类型的活动被称为“快伽马波”，在其他研究中则被称为“中频伽马波”（本综述中使用“快伽马波”这一术语）。除了海马体之外，伽马波还出现在许多其他脑区，具有类似的特性。γ亚型表现出低频和高频。
图 3 | 慢伽马节律和快伽马节律。在海马网络中出现了两种不同的伽马节律亚型，称为慢伽马节律和快伽马节律。慢伽马节律将海马分区 CA1 的活动与来自 CA3 的输入相耦合。相比之下，CA1 中的快伽马节律由来自内侧内嗅皮层（MEC）的输入所驱动。通常，这两种伽马节律亚型不会在 CA1 内同时出现。在 CA3 中也观察到了慢伽马节律和快伽马节律，其中快伽马节律也由来自 MEC 的输入所驱动。在自由活动的大鼠的 CA1 中记录的慢伽马节律和快伽马节律的示例显示在顶部（校准：100 毫秒），以显示其略显不规则的外观，而节律的程式化版本显示在下方。
01.机制
有大量证据表明，抑制性中间神经元对于γ节律的产生至关重要。大鼠局部场电位中的γ节律已被证明反映了在CA3和CA1锥体细胞以及齿状回颗粒细胞中记录到的抑制性事件。此外，中间神经元的尖峰始终与γ振荡同步，而锥体细胞的尖峰则不然。此外，在麻醉大鼠中记录到的CA1篮状细胞被发现以γ频率爆发动作电位，且与局部场电位中的γ节律同步。在几种类型的海马中间神经元中观察到了γ相位锁定放电，包括轴突-轴突细胞、双层细胞、谷氨酸阳性篮状细胞和胆囊收缩素表达细胞。总之，这些发现表明，快速放电中间神经元的γ频率尖峰产生了观察到的γ节律。
自由活动大鼠的γ振幅在θ状态期间最大，γ生成机制也可以被θ调节；也就是说，γ振幅以及伽马相位与θ相位耦合。θ相位对伽马振幅的调制可能涉及在特定θ相位抑制产生伽马的中间神经元。支持这一观点的是，在自由活动的转基因小鼠中，当阻断副醛缩酶阳性中间神经元的GABAAR介导的电导时，θ相位-伽马振幅耦合降低。产生伽马的回路也可能受到θ调制兴奋性输入的影响。在大鼠跑步和快速眼动相关的θ期间观察到的θ-伽马相位锁定现象，与特定θ相位的兴奋触发伽马的起始，通过诱导中间神经元产生伽马频率爆发这一观点一致。
应当指出的是，上述大多数研究并未区分不同频率变体的伽马，且慢伽马和快伽马可能由不同机制产生。在自由探索的大鼠中进行的记录表明，CA1的慢伽马和快伽马节律分别与CA3和MEC的相位同步。因此，不同的伽马频率已被证明是在执行空间导航任务的大鼠CA1区的不同层中普遍存在这种现象。具体而言，慢伽马波（约30-80赫兹）活动在辐射层占主导地位，而约60-100赫兹的伽马波则在小孔分子层占主导地位。此外，在行为活动和麻醉状态下的大鼠中，已发现不同的CA1间神经元对不同频率的伽马波具有不同的偏好调节作用。这些发现表明，CA3激活的间神经元驱动慢伽马波，而MEC激活的间神经元驱动快伽马波。进一步支持这一观点的是，在执行空间记忆任务的小鼠中，当MEC向CA1的投射被阻断时，快伽马节律会减少。此外，在小鼠脑切片中，以θ频率对MEC进行光遗传学刺激会产生快伽马振荡的爆发，这与MEC间神经元的快伽马放电相对应。
然而，已有研究表明，相当一部分CA1间神经元会与慢伽马波和快伽马波同步。这类间神经元可能是能够根据网络状态生成慢伽马波或快伽马波的网络的一部分。理论研究表明，海马间神经元网络产生的伽马节律频率会因兴奋性和抑制性输入强度的不同而变化。具体而言，在模拟神经元网络中伽马活动的实验中发现，伽马频率会随着对间神经元的兴奋性驱动增强而增加，而随着间神经元中GABA传导的增强而降低。产生快速伽马所需的对间神经元的增强兴奋性驱动可能由MEC投射神经元的放电增加所提供。支持这一观点的是，大鼠和小鼠MEC神经元的放电活动以及大鼠快速伽马的功率都已被证明会随着奔跑速度的增加而增加。然而，促进产生伽马节律的间神经元产生慢伽马放电的机制可能不同。一种可能性是，某一类间神经元投射到产生伽马节律的间神经元上，从而增加其GABA介导的传导，并降低其放电频率至慢伽马频率。不过，这些假设都是初步的，要揭示慢伽马和快伽马节律背后的机制，还有大量工作要做。
02.功能
最近有几项研究开始探讨慢伽马波和快伽马波是否执行不同的功能，这些研究中已初步形成了几种主要假设。下文将对支持和反对每种假设的证据进行讨论。
内嗅皮层处理感觉信息，并将其传递给海马体，而快伽马波是由内侧内嗅皮层的输入驱动的。因此，快伽马波的一个合理功能可能是对当前感觉信息进行记忆编码，近期的一些研究结果也与这一功能相符。在一项研究中，全身性给予毒扁豆碱（一种阻断记忆编码的毒蕈碱受体拮抗剂）被证明会降低在圆形轨道上奔跑的大鼠的快伽马波。此外，已有研究表明，在沿着直线轨道奔跑的老鼠身上，位置细胞倾向于在快速伽马波段编码近期位置和正在进行的轨迹，而非预测未来位置。此外，还有几项研究将快速伽马波段的变化与正在进行的行为变化联系起来。研究显示，在老鼠身上，快速伽马波段频率会随着随机觅食、执行空间交替任务或在直线轨道上奔跑时的速度增加而增加。这可能使空间表征在伽马波段周期内随着奔跑速度的提高而更快地在连续位置间转换。此外，当小鼠利用外部环境中的线索导航至奖励位置时，快速伽马波段功率相对于慢速伽马波段功率有所增加。在另一项研究中，当老鼠在空间交替任务中关注标志着试验开始的刺激时，快速伽马波段功率较高。然而，其他结果并不支持快速伽马波段具有记忆编码功能这一假设。例如，最近的一项研究发现，快速伽马波段与小鼠的工作记忆有关，但与记忆编码无关。
另一个合理的假设是，慢伽马波促进记忆检索。人们认为记忆存储于并从CA3网络中检索，而且已知行为中的大鼠CA1区慢伽马节律受CA3输入的控制。在执行基于联想记忆任务的大鼠中，已表明在预期发生记忆检索时，CA3中θ相位与慢伽马振幅之间的耦合与任务表现相关。随后的一项研究也发现，慢伽马与θ之间的协调与大鼠成功记忆检索有关。在最近一项大鼠学习气味-位置关联的研究中，发现随着动物学习任务，侧内嗅皮层和CA1之间约20-40Hz的耦合得以发展。这种LEC-CA1耦合在气味采样期间被观察到，这很可能对应于动物回忆位置关联的时间，而在错误试验期间未观察到。然而，观察到的约20-40Hz活动与β和慢伽马频段都有重叠，这可能反映了β波、慢伽马波或两者兼而有之。
对位置细胞群活动的最新发现表明，慢伽马波有助于激活先前存储的空间序列表征，这进一步支持了慢伽马波参与记忆检索的假设。在大鼠穿越熟悉的线性轨道时，在慢伽马波期间，位置细胞群更倾向于表征即将到来的位置，而非最近的位置。此外，在慢伽马波期间，位置序列以时间压缩的方式被表征，这可能有助于解释事件在实时体验，但随后以时间压缩的形式被检索。在另一项研究中，在清醒静息的大鼠中观察到在尖波-涟波期间CA3和CA1之间的慢伽马波耦合，并且随着这种慢伽马波耦合的增加，重放的保真度也增加。随后的一项研究也调查了清醒静息大鼠期间的重放，发现位置序列的表征在慢伽马波期间从一个离散位置跳到另一个位置。这些发现表明，慢伽马波在记忆检索中起着重要作用，因为重放被认为反映了对早期经历的记忆重新激活。
然而，并非所有关于慢伽马波的研究结果都与这一记忆检索假说相符。具体而言，一些研究描述了大鼠在新奇环境中慢伽马波的增加。对这些观察结果的一种可能解释是，慢伽马波通常促进CA3和CA1之间的相互作用，而当动物处于新奇环境中时，这种相互作用会增强。这些研究结果之间的明显不一致突显了对慢伽马波节律功能进行进一步研究的必要性。
四、结论与未来方向
尽管近期研究的发现为海马节律的功能意义和起源提供了许多重要见解，但仍有一些重要问题有待解决。例如，θ波频率变化的确切功能意义是什么？具体而言，在新奇经历中出现的θ波频率低于熟悉经历时的频率，这是否具有任何功能意义？此外，尖波-涟波重放通常以与先前行为中细胞激活顺序相反的顺序发生，尤其是对于近期经历的记忆。为什么记忆会以相反的顺序存储或巩固？正向和反向重放是否具有不同的功能？关于重放功能的记忆巩固假说，还存在一个关键的知识空白。根据这一假说，重放的作用是将记忆从海马体转移到新皮质。然而，海马体与其主要的下游皮质目标——内嗅皮质深层之间是否会发生协调的序列重放，目前仍不清楚。最后，正如上文所提出的，不同频率的伽马波是否代表海马网络的不同功能状态？如果是这样，那么在它们的产生过程中是否涉及不同的回路，还是说只是相同的回路受到了不同输入的驱动？
实验方法的最新创新为我们提供了工具来解决这些问题以及其他重要问题。例如，通过光遗传学激活隔区起搏中间神经元，研究人员能够以特定频率驱动θ波，从而确定θ波频率的变化如何影响记忆。
此外，研究人员现在能够对大鼠不同海马体部位同时记录的大量（即超过 100 个）神经元进行研究，这使得对神经元激活模式的解码更加准确和精细。使用这种高密度记录进行的实验可以确定不同区域之间是否存在协调的重放。此外，光遗传学和药理遗传学技术能够选择性地抑制特定的中间神经元。这些操作应该能够揭示慢伽马节律和快伽马节律在机制上是否不同。如果不同，那么这些相同的工具就可以用来选择性地抑制慢伽马节律或快伽马节律，从而揭示它们的功能。这样的结果可能会为与异常节律相关的疾病的新型治疗铺平道路（方框 3）。
方框 3 | 精神分裂症中的异常脑节律
在包括精神分裂症和阿尔茨海默病在内的几种人类脑部疾病中，均报告了神经元同步性的缺陷。在这些疾病的啮齿动物模型中也发现了脑节律异常，这表明其潜在机制是可以被发现和治疗的。在这方面，精神分裂症的啮齿动物模型尤其具有参考价值。
在精神分裂症的 Df(16)A+/− 小鼠模型中，海马体和内侧前额叶皮质（mPFC）的θ节律相关性低于野生型小鼠 。这些突变小鼠还表现出工作记忆障碍，且与海马体 - mPFC 的θ节律同步性障碍相关。在另一项研究中，产前暴露于母体免疫激活（精神分裂症的一个风险因素）的大鼠，其海马体和 mPFC 之间的θ节律和慢γ节律同步性降低，且这些慢γ节律缺陷与感觉运动门控缺陷相关。另一项研究使用了一种精神分裂症大鼠模型，在该模型中，通过造成腹侧海马体损伤来诱导类似精神分裂症的认知缺陷。这些大鼠在一个缓慢旋转的竞技场上接受训练，在那里它们必须学会避开根据远处房间的线索而非竞技场本地线索所划定的电击区。成功完成这项任务需要动物关注相关刺激而忽略无关刺激，已知精神分裂症患者的这种注意力功能会受损。精神分裂症大鼠模型在这项任务上的表现受损，且表现出任务执行能力受损的大鼠其海马体内的θ波振荡协调性降低。值得注意的是，在青春期预先训练大鼠完成这项任务可防止任务执行能力和海马体同步性方面的缺陷。基于动物模型的证据，精神分裂症患者也可能出现尖波-涟波异常。表现出神经元缺陷（例如，阳性调钙蛋白结合蛋白神经元功能障碍）或与精神分裂症相关的行为异常的动物模型显示出增强的涟波和再激活受损。总之，这些发现表明精神分裂症中海马网络的振荡协调性受到破坏。并且那些能增强振荡协调性的治疗方法或许能够缓解认知缺陷。
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