海馬迴網路中的神經韻律
神經振盪(neural oscillation)，即是廣為人知的“腦波”。 因為針對人腦的實驗必須是不可侵入性的，因此常用技術是以腦電圖(Electroencephalography, EEG)來記錄大腦各區域的活性變化。而動物實驗，如大鼠、小鼠、蝙蝠等等，則會透過插入電極的方式來更精確地記錄小範圍內的電位變化。要測量小空間內多顆神經元同時間的電位變化，常使用記錄局部場電位(local field potential, LFP)的方法，簡而言之電極收到的訊號是鄰近範圍內多顆神經元總和。若LFP記錄到了神經振盪(如Fig. 1)，則可能代表附近的神經元同步產生脈衝(spike)，也暗示這些神經可能組成了神經網路。根據振盪的頻率又可分為不同種類的波(可參考Buzsáki & Draguhn, 2004)。在此篇回顧論文中，作者提及了三種波，Theta、Sharp wave-Ripples、Gamma，並說明他們在海馬迴中可能的產生機制和功能。
Theta波(~4-12Hz)多發生在動物活躍探索環境或是睡眠的快速眼動期(rapid eye movement, REM)時。產生的機制可能透過以下幾種：
1. medial septum-diagonal band of Broca(MSDB)中的抑制性神經元，抑制了海馬迴中的中間神經元(抑制性)，使得再下游的錐狀細胞(pyramidal cell)活化並產生節律性。
2. 海馬迴中的抑制性中間神經元主要可以分為兩種型態，一種是直接抑制下游神經的細胞本體(perisomatic-targeting)，另一種是抑制樹突(dendritic-targeting)，實驗證明這兩種中間神經元被活化的時間對應到theta波的不同相位。
3. 興奮性神經元的互相刺激
有趣的是，當處於不活躍狀態時，從medial septum的膽鹼性神經元(cholinergic)，也可能成為形成theta波的成因，此時的theta波又稱atropine-resistant theta。目前的多數研究認為theta波和學習與記憶相關，且因為海馬迴已經有大量的文獻證明和空間記憶相關，因此theta波和記憶關聯之實驗也多以空間記憶為代表，如海馬迴中神經元群(neuronal ensembles)與theta序列(theta sequences)可能代表了老鼠的前進行為。另外也有實驗指出theta波和整合感官資訊(如視覺和嗅覺)、成為情節記憶訊息的基礎單元相關聯。
Sharp wave-Ripples(中文可直譯作尖波-漣漪, 下文使用原文縮寫SWR) (~110-250Hz ripples和~0.01-3Hz sharp waves疊加)，目前被觀測到發生在動物靜止不動或進入慢波睡眠時(slow-wave sleep)。Ripples是高頻率的神經振盪，sharp wave是和背景比較起來有較大振幅的一個波型，兩者常伴隨發生，因此合稱SWR。目前研究認為，SWR侷限在海馬迴和鄰近的內嗅皮質(entorhinal cortex)，因此SWR可能就是從海馬迴中產生的，而ripples被認為在海馬迴CA1中透過中間神經元的高頻率抑制活動而產生，並受到CA3的sharp wave影響。
主流理論認為，SWR和記憶固化相關(consolidation)，透過一個叫做“回放(replay)”的現象可以略知一二，當老鼠爬行一段距離後，會有一系列的位置細胞(place cell)依序活化，而當老鼠停下來，這些位置細胞會再以更快的時間尺度依序活化，同時間也有SWR被觀測到，回放這個步驟，可能和記憶固化大有關聯。另外在CA1中的錐狀細胞也被觀察到很強的分流式抑制(shunting inhibition)，相對提升細胞被活化的難度，可能可藉此選擇出需要固化的記憶。另外某些實驗也發現，SWR也有可能和記憶的提取有關係，像是要提取腦中的空間地圖以計畫未來行走的路徑，或是用想像來體驗過去從未發生過的經驗等等。
Gamma波(~25-100Hz)出現在許多的動物行為中，振幅較theta波和sharp wave來得小一些，出現在許多腦區中，並且又可再分為slow gamma(~25-55Hz)和fast gamma(~60-100Hz)。CA1測量到的slow gamma主要來自CA3，fast gamma主要來自內側內嗅皮質(medial entorhinal cortex, MEC)，兩者通常不會同時發生。主要的形成原因同樣被認為來自抑制性中間神經元，除此之外，研究還指出theta波會調控gamma波的形成，也觀察到了theta相位-gamma振幅的耦合現象(theta phase-gamma amplitude coupling)。而gamma波的功能，現在有些實驗結果說明fast gamma和編碼感官訊息相關，而slow gamma和提取記憶相關，但都還需要更多實驗來證實。
綜觀上述三種神經振盪的形成機制，抑制性中間神經元都扮演了相當重要的角色。而當動物處於不同狀態時，會有不同的振盪出現，這些不同的腦波間也會互相影響，有時同時出現，有時相互抑制，若調控不正常的話，就可能出現一些疾病，在這篇回顧文章中，作者就稍微提及了思覺失調症(schizophrenia)，若往後對神經振盪的研究更加透澈，或許也能找到新的治療方法。
撰稿：黃宣霈 H.P. Huang
原始論文：
Colgin, L. L. (2016). Rhythms of the hippocampal network. Nature Reviews Neuroscience, 17(4), 239–249. https://www.nature.com/articles/nrn.2016.21
參考資料：
Buzsáki, G., & Draguhn, A. (2004). Neuronal oscillations in cortical networks. Science, 304(5679), 1926–1929.
Fig. 1 (https://en.wikipedia.org/wiki/Neural_oscillation)
1. medial septum-diagonal band of Broca(MSDB)中的抑制性神經元，抑制了海馬迴中的中間神經元(抑制性)，使得再下游的錐狀細胞(pyramidal cell)活化並產生節律性。
2. 海馬迴中的抑制性中間神經元主要可以分為兩種型態，一種是直接抑制下游神經的細胞本體(perisomatic-targeting)，另一種是抑制樹突(dendritic-targeting)，實驗證明這兩種中間神經元被活化的時間對應到theta波的不同相位。
3. 興奮性神經元的互相刺激
有趣的是，當處於不活躍狀態時，從medial septum的膽鹼性神經元(cholinergic)，也可能成為形成theta波的成因，此時的theta波又稱atropine-resistant theta。目前的多數研究認為theta波和學習與記憶相關，且因為海馬迴已經有大量的文獻證明和空間記憶相關，因此theta波和記憶關聯之實驗也多以空間記憶為代表，如海馬迴中神經元群(neuronal ensembles)與theta序列(theta sequences)可能代表了老鼠的前進行為。另外也有實驗指出theta波和整合感官資訊(如視覺和嗅覺)、成為情節記憶訊息的基礎單元相關聯。
Sharp wave-Ripples(中文可直譯作尖波-漣漪, 下文使用原文縮寫SWR) (~110-250Hz ripples和~0.01-3Hz sharp waves疊加)，目前被觀測到發生在動物靜止不動或進入慢波睡眠時(slow-wave sleep)。Ripples是高頻率的神經振盪，sharp wave是和背景比較起來有較大振幅的一個波型，兩者常伴隨發生，因此合稱SWR。目前研究認為，SWR侷限在海馬迴和鄰近的內嗅皮質(entorhinal cortex)，因此SWR可能就是從海馬迴中產生的，而ripples被認為在海馬迴CA1中透過中間神經元的高頻率抑制活動而產生，並受到CA3的sharp wave影響。
主流理論認為，SWR和記憶固化相關(consolidation)，透過一個叫做“回放(replay)”的現象可以略知一二，當老鼠爬行一段距離後，會有一系列的位置細胞(place cell)依序活化，而當老鼠停下來，這些位置細胞會再以更快的時間尺度依序活化，同時間也有SWR被觀測到，回放這個步驟，可能和記憶固化大有關聯。另外在CA1中的錐狀細胞也被觀察到很強的分流式抑制(shunting inhibition)，相對提升細胞被活化的難度，可能可藉此選擇出需要固化的記憶。另外某些實驗也發現，SWR也有可能和記憶的提取有關係，像是要提取腦中的空間地圖以計畫未來行走的路徑，或是用想像來體驗過去從未發生過的經驗等等。
Gamma波(~25-100Hz)出現在許多的動物行為中，振幅較theta波和sharp wave來得小一些，出現在許多腦區中，並且又可再分為slow gamma(~25-55Hz)和fast gamma(~60-100Hz)。CA1測量到的slow gamma主要來自CA3，fast gamma主要來自內側內嗅皮質(medial entorhinal cortex, MEC)，兩者通常不會同時發生。主要的形成原因同樣被認為來自抑制性中間神經元，除此之外，研究還指出theta波會調控gamma波的形成，也觀察到了theta相位-gamma振幅的耦合現象(theta phase-gamma amplitude coupling)。而gamma波的功能，現在有些實驗結果說明fast gamma和編碼感官訊息相關，而slow gamma和提取記憶相關，但都還需要更多實驗來證實。
綜觀上述三種神經振盪的形成機制，抑制性中間神經元都扮演了相當重要的角色。而當動物處於不同狀態時，會有不同的振盪出現，這些不同的腦波間也會互相影響，有時同時出現，有時相互抑制，若調控不正常的話，就可能出現一些疾病，在這篇回顧文章中，作者就稍微提及了思覺失調症(schizophrenia)，若往後對神經振盪的研究更加透澈，或許也能找到新的治療方法。
撰稿：黃宣霈 H.P. Huang
原始論文：
Colgin, L. L. (2016). Rhythms of the hippocampal network. Nature Reviews Neuroscience, 17(4), 239–249. https://www.nature.com/articles/nrn.2016.21
參考資料：
Buzsáki, G., & Draguhn, A. (2004). Neuronal oscillations in cortical networks. Science, 304(5679), 1926–1929.
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