你有见过专为鼠鼠打造的跑步机吗?

海马位置细胞（hippocampus place cell）地图在具有特定认知需求的行为任务中灵活地重新配置以维持行为相关表征。位置细胞在学习时对奖赏位置过表达，这一现象在以目标为导向的空间学习任务中得以体现，其背后环路机制未尽可知。

儿茶酚胺（catecholoamines）对HPC的适应性和学习有重要影响，而脑干蓝斑（locus coeruleus，LC）是HPC中儿茶酚胺的主要来源，释放去甲肾上腺素（noradrenaline，NA）和多巴胺（dopamine，DA）。

2020年3月8日，Attila Losonczy团队在Neuron Report杂志上发表题为“A Role for the Locus Coeruleus in Hippocampal CA1 Place Cell Reorganization during Spatial Reward Learning”的研究论文，通过观察目标导向（goal-oriented learning，GOL）任务中，投射至HPC CA1区（LC-CA1）LC轴突的活动，测试它们在CA1位置细胞（CA1PC）重组中的作用，发现LC-CA1与和奖赏位置相关的位置细胞的过表达息息相关，在引发位置细胞重组中起关键作用。

行为装置设计

小鼠背侧CA1中注射GCaMP6f指示剂并植入套管，在双光子显微镜下，头部固定的小鼠在含有触觉线索的自动跑步机上执行GOL任务（图1A）。在GOL任务期间，水作为奖赏在前三天在奖励区1（RZ1）提供，然后在后三天被移至奖励区2（RZ2），通过在奖励区舔水比例来对学习进行评估评估（图1B、C）。图1D中是双光子下的CA1锥形细胞，通过空间调谐（spatial tuning）来决定其中的位置细胞。对奖赏的过表达只出现在了RZ2区最后一个session中（图1E、F），这也复验了之前研究中发现的更多的位置细胞出现在新的、移动过的奖赏位置附近。在此，研究人员提出了一个假设，这种变化是由LC-CA1投射在移动的奖赏附近的具有特异性的活动导致的。

确定GOL期间对LC-CA1投射活动产生影响的变量：位置、速度、舔水行为

在酪氨酸羟化酶（tyrosine hydrxylase，Th）阳性的LC神经元中表达GCaMP6s（图2A），并在GOL任务重追踪该LC-CA1纤维（图2B）。使用广义线性模型，generalized linear model（GLM），来判断不同行为变量对LC-CA1活动的影响（图1C、D）。根据保留的测试数据计算了R²的交叉验证系数，cross-validated coefficient（图2C），RZ2阶段的R²系数要高于RZ1阶段（图2D）。通过计算完整和缺失给定变量的简化模型间的对数似然比，log-likelihood ratio，发现在RZ2中位置的比重显著增加（图2D），猜测这种增加是由于特定位置的LC-CA1活动的不同导致的，所以下一步就是观察在各个RZ中LC-CA1的钙信号。

比较LC-CA1活动与速度的相关性，及这种相关性与位置细胞的重组和富集的关系

在小鼠靠近RZ1时，LC-CA1信号随着速度上升和下降，而当奖赏位置发生改变后，小鼠靠近RZ2时，LC-CA1的活动和速度的关联性就不那么大了，在下降后有一个先于奖赏出现的过冲（overshoot）紧随而至。使用速度和奖赏前的轴突钙信号做线性回归，linear regression，来量化过冲程度，发现LC-CA1活动在RZ被移动后逐渐和速度失去相关性（图2G），并且随着这种相关性的下降，小鼠在任务中表现更好（图2H）。随着学习的开展，信号和速度的相关性逐渐下降，而未对RZ2进行学习的小鼠，它们的相关性是维持不变的（图2G）。在RZ2早期session中已出现相关性的降低，而位置细胞的富集程度逐渐上升，由此可见，LC-CA1信号是早于位置细胞，在位置细胞越来越富集的时候保持不变。位置细胞的富集仅出现在奖赏位置发生改变后的新奖赏附近。

基于以上的结果，LC-CA1轴突的活动在新奖赏前发生了局部性的增长，位置细胞的重组和富集随LC-CA1活动的增加而产生。那是否意味着LC-CA1的激活能够导致CA1PC的富集呢？

GOL期间LC-CA1轴突的激活诱导CA1PCs在奖赏位置附近富集

研究人员使用全光学系统，构建LC-bzreaChes和CA1PC-GCaMP方案，在光遗传刺激的同时，通过套管窗口成像（图3A）。在证实能够通过红色兴奋性视蛋白（bReaChes）和GCaMP6s的共表达来激活LC-CA1轴突后（图3A-3C），在激活的同时通过GCaMP6s来对CA1PCs进行成像（图3D），发现LC-CA1激活并未显著影响CA1PCs的活动（图3E）。因为之前发现LC-CA1活动的过冲和位置细胞的富集都是出现在RZ2附近，所以接着是想通过光遗传试图在RZ1附近recap一下。为分析靠近奖赏的位置细胞活动，把奖赏前区域和整个RZ区域都包括算作奖赏周围区域（pRZ），提前于奖赏对LC-CA1纤维进行一个刺激（图3F上），这种局部、单侧的从任务中途开始的刺激并未对小鼠的行为表现（图3F下）或是pRZ位置细胞的特性（图3D）造成影响。但和对照组不同的是，在最后一个session中，奖赏附近出现了位置细胞大量富集（图3G、H）。LC-CA1的激活使现有的位置细胞向奖赏偏移，并且稳定奖赏周围的位置细胞。

抑制LC-CA1轴突使CA1位置场富集程度下降

CA1PCs常见富集于移动后的奖赏位置附近，那么LC-CA1的活动对这种富集是否是必要条件？

使用LC-古紫质（LC-archaerhodopsin，ArchT）和CA1PC-GCaMP方案来抑制RZ2附近的LC-CA1活动，并且在最后一个session中对CA1PCs进行成像（图4A、4B）。虽然和激活一样，局部、单侧的抑制并未影响行为表现（图4C），但抑制第二奖赏附近的LC-CA1轴突降低了位置场的富集程度（图4D）。

在三种不同的范式中，当刺激未与奖赏位置匹配，光遗传激活的LC- CA1纤维是否足以驱动位置细胞的过表达？

第一种，在GOL任务中无奖赏的RZ1处对LC-CA1进行刺激，该方案对受刺激区域内位置细胞的数量没有影响；第二种，在非空间性的随机觅食任务中（自由探索，奖赏随机出现在不同位置），对LC-CA1轴突在某一固定位置进行刺激，刺激区域附近未见富集（图4C-E）；第三种，结合对LC-CA1光遗传刺激和跑步机跑带上新增提示，这也没有对位置细胞的重组造成影响。

那么，LC-CA1投射是否能与其他和奖赏相关的HPC微环路结合来影响位置细胞的适应性呢？

该团队在之前的研究中发现表达血管活性肠多肽（vasoactive intestinal polypeptide，VIP）的中间神经元所传递的去抑制作用在调节奖赏相关的位置细胞表征中发挥作用。因此，在小鼠随机觅食任务期间，研究人员在恒定位置对CA1 VIP中间神经元和LC-CA1轴突同时进行了刺激，以此将刺激从奖赏中分离，但这种联合刺激也未使位置细胞向刺激位置发生偏移。鉴于LC-CA1刺激又到的位置细胞富集仅发生在奖赏位置，并且只出现在学习任务期间，得出结论为，LC对CA1的输入与出现在奖赏附近别的信号相结合，以取决于任务的一种形式共同作用。

这篇文章主要提出的是：

1. 在新奖赏位置附近有LC-CA1投射的发生；

2. 在奖赏附近的LC-CA1的激活诱导位置细胞过表达；

3. 对LC-CA1轴突的抑制对位置细胞的过表达产生了抑制作用。

图1E中的tuning curve，如何解读？

图1E左由259颗细胞组成，右由222颗细胞组成，每一根黑色横线皆代表一颗细胞的活动强度见右侧transient rate（0-max），图1E右可见有大片细胞几近垂直靠近RZ2位置，表明有更多细胞在RZ2附近有活动，这种情况未见于图1E右中。

图2为何在Th+的LC神经元中表达GCaMP6s，对CA1区进行成像？

目的为观察突触前（presynaptic terminal）的钙信号变化。

为何仅在Day6进行成像？

猜测是否LED和imaging不能同时进行。

一些值得思考的

实验set up非传统空间移动，非virtual maze，仅通过履带上提供触觉、嗅觉、视觉等线索，来检测PCs的响应。

为何RZ1处PC这么低？