大脑的记忆功能牵涉到多个脑区间的相互作用。其中，大脑皮层是长时记忆的主要储存区域，但海马在把短时记忆转换为长时记忆的过程中却有着不可或缺的作用。有关额叶－海马环路在记忆信息编码中的作用机制,目前还了解不多。本项目运用多通道在体记录技术，以痕迹性恐惧条件反射为恐惧记忆行为研究模式，研究在恐惧条件反射建立过程中，额叶和海马环路中恐惧记忆信息的编码和处理过程。重点了解海马群体神经元对外部恐惧刺激的信息编码与表征方式，考察海马和额叶群体神经元在恐惧记忆建立过程中的活动规律，探讨海马和额叶神经元分别在近期和远期恐惧记忆激活中的信息编码机制。通过以上几方面的综合研究，争取对海马和额叶神经环路在恐惧记忆形成中的神经信息编码机制上，有创新性的理论认识，获得一些原创性的研究成果。

在项目执行期间，课题组围绕海马皮层环路的恐惧记忆信息表征与神经处理机制这一中心问题，开展了一系列研究工作，主要进展如下：1）在小鼠杏仁核的基底外侧核，发现了编码焦虑和恐惧情绪的神经元，这些神经元的活动与动物的焦虑和恐惧情绪行为有高相关性。其中，恐惧相关神经元又可细分为三类，分别是高台恐惧神经元、猫味恐惧神经元和运动物体恐惧神经元。且这三类恐惧神经元均只能对某一类恐惧刺激有反应，表现出对恐惧信息编码的专一性和相对独立性。这些研究结果是首次报道在杏仁核存在直接编码恐惧和焦虑相关信息的神经元。2）在海马神经网络theta和ripple节律的调控机制上，发现了与海马theta和ripple节律高度相关的中间神经元。与现有的多种类型中间神经元可能共同参与调节场电位不同节律的观点不同，我们发现这些中间神经元只能参与一种节律的调节。其中theta节律相关神经元的活动对海马场电位的theta节律有高Granger因果关系的影响，且在theta节律不占主导的慢波睡眠状态，这些神经元的活动也只与theta节律相关，我们将之命名为Theta-driving Cells。同样，Ripple-driving Cells的活动也始终表现出对ripple节律的高Granger因果关系影响。这一研究结果为了解海马神经网络活动的调控机制，提供了一新视角。3）联合运用光遗传学技术和多通道在体记录技术，发现在慢波睡眠状态，中隔乙酰胆碱神经元的光激活可抑制海马的ripple节律。这一结果可解释长期以来观察到的一个现象：即慢波睡眠时，脑内的高乙酰胆碱水平会抑制记忆信息的巩固。因为在慢波睡眠时段，海马ripple节律与记忆信息的巩固密切相关。