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海马体（Hippocampus）与内嗅皮层（Entorhinal Cortex, EC）是记忆和空间导航的核心脑区。传统观点认为信息流是单向的（EC→海马体），但近年研究提示海马体可能通过反馈环路反向调控EC活动。那么，这种海马对MEC的投射是如何实现的？它的功能又是什么呢？
来自纽约大学的Jayeeta Basu 团队于2025年2月18日在Nature Neuroscience杂志发表文章《Hippocampus shapes entorhinal cortical output through a direct feedback circuit》，通过病毒示踪技术、光遗传学、电生理和行为学实验等，首次揭示海马体CA1区通过直接投射到MEC深层神经元（如第V层）和浅层神经元（II, III层），动态调节EC的输出信号，进而影响空间记忆编码或决策过程，说明了海马对MEC的不同层投射的差异。
图1 顺行病毒追踪识别海马MEC的回投
首先，为了充分证明海马（本文中主要指dorsal CA1和subiculum区域）对内嗅皮层的投射，作者展示了通过向上述区域注射AAV 2.5 EF1α-double floxed-ChR2-eYFP，在内嗅皮层的不同层（ECL5和ECL2/3）中观察到绿色荧光蛋白（eYFP）标记的海马体轴突投射。这表明海马体不仅投射到内嗅皮层深层（ECL5），还直接投射到浅层（ECL2/3）。并且到ECL5的投射面积是ECL2/3的四倍，且荧光强度更高。此前海马到ECL2/3的直接投射未被充分认识到，该研究通过多种病毒追踪方法验证了这一通路的存在，同时也通过wfs1染色的方式标记MEC，说明了海马的投射仅集中在内嗅皮层的内侧部分，即MEC。同时作者也分别在CA1和subiculum 注射双色病毒，说明前者主要投射到ECL-II/III，后者主要投射到ECL-V。
图2 逆行病毒追踪证实单突触海马向MEC浅层投射
相反地，作者也利用了逆向示踪病毒（删除G蛋白的狂犬病毒策略）验证了MEC的II/III层受到哪些脑区的单突触投射，结果发现，除了广泛被认为的MEC深层外，也包括CA1， subiculum和屏状核等脑区。与图一的结果相印证。
图3 海马投射在ECL5神经元上激发强烈的EPSP，但在ECL2/3神经元上主要是前馈抑制
那么既然观察到了解剖学上的连接，那么该通路有怎样的功能呢？作者使用光遗传学技术激活表达ChR2的海马体轴突，并通过全细胞膜片钳记录ECL2/3或ECL5神经元的光诱放电。结果发现，海马体到ECL5的反馈连接概率更高且突触强度更大，而到ECL2/3的连接概率较低：在ECL5中，60/61（98.36%）的神经元对光刺激有反应，其中13/47（27.66%）的神经元产生了动作电位（AP）。而在ECL2/3中，49/56（87.50%）的神经元对光刺激有反应，但没有产生AP。之后作者通过TTX和4-AP处理来阻断多突触反应，从而验证单突触连接的存在，结果发现在ECL2/3中，只有9/22（40.91%）的神经元与海马体之间存在单突触连接；而在ECL5中，18/22（81.82%）的神经元接收到来自海马体的直接单突触反馈。这表明海马体到ECL5的单突触连接更普遍。之后作者利用改变电压的方式分别记录光诱导的EPSC和IPSC，结果发现，ECL5神经元的E/I比率为0.67 ± 0.13，而ECL2/3神经元的E/I比率为0.25 ± 0.03（P = 0.01）。这表明海马体输入主要在ECL2/3中引发前馈抑制，而在ECL5中则强烈激发兴奋性反应。
图4 海马对ECL2/3的投射调控MEC对第一层的输入的响应
为了进一步说明这个投射在神经环路中的功能，作者采用输入间隔依赖可塑性（Input-timing-dependent plasticity，ITDP）的记录方法：在ECL2/3神经元中，光激活海马输入与电刺激L1输入配对，间隔为20毫秒，重复90次，频率为1赫兹，由于L1主要受感觉脑区和屏状核等的输入，该实验模拟了生理情况下MEC的感觉输入。结果发现在ECL2/3神经元中，配对刺激显著增强了L1诱发的反应（1.75倍增加），而未改变HC诱发的反应。几分钟内，这种配对使L1刺激能够以高概率（约55%）触发ECL2/3神经元的动作电位。在ECL5神经元中，相同的配对并未增强L1反应或动作电位的概率，但显著增强了HC诱发的反应（1.42倍增加），表明主要是同突触可塑性。同时作者也利用模型模拟，说明了这种回投环路能够增强MEC浅层的响应强度。
图5 沉默海马对MEC第2,3层的投射影响小鼠的新物体识别行为
那么该环路在行为学上有什么作用呢？作者注射重组AAV 2.5 JAWS-KGC-GFP-ER2病毒到背侧CA1区域，通过红色光（625 nm）光遗传学沉默海马投射，光纤放置在ECL2/3或ECL5层。利用新异物体识别实验（novel object recognition，NOR）发现，当抑制ECL2/3的海马轴突末梢时，对新异物体的停留时间差异消失，而ECL5则没有这种效果，该结果说明海马对ECL2/3的投射特异性的在新颖物体识别任务的回忆过程中发挥关键作用。
总结
这篇文章探讨了海马体向内嗅皮层反馈通路的组织和功能，发现了两种功能不同的平行反馈路径。通过病毒追踪和光遗传学技术，研究确认了海马体对内嗅皮层第5层（ECL5）主要提供兴奋性驱动，而对第2/3层（ECL2/3）则主要引发前馈抑制。进一步实验表明，ECL5通路在物体识别记忆编码中起作用，而ECL2/3通路支持记忆回忆。行为实验显示，沉默海马至ECL2/3的反馈会损害动物在新物体识别任务中的表现，但不影响空间记忆任务如巴恩斯迷宫的表现。该研究揭示了海马体如何通过直接反馈回路塑造内嗅皮层的信息处理，强调了其在实时皮层信息处理与记忆关联中的重要作用。