齿状回高效地将外侧和内侧嗅皮质输入汇聚为多模态、高度特异且可靠的环境表征

大脑如何将瞬间转化为记忆

记住将车停在哪里或某次特殊活动中房间的气味，取决于大脑将视觉、位置与气味等信息结合为单一记忆的能力。本研究深入记忆系统的一个微小关口，探究不同类型的感觉信息如何被整合并随时间储存，揭示我们的经历如何被转化为精确、持久的心理地图。

记忆入口处的一个关口

在大脑深处，海马体支持情节记忆，即在空间与时间背景下对事件的丰富回忆。其前门处是齿状回——一条狭窄的组织带，接收来自两个邻近区域的输入：外侧嗅皮层（lateral entorhinal cortex，传递有关气味和局部线索的信息）和内侧嗅皮层（medial entorhinal cortex，传递位置、运动以及更大尺度环境信息）。作者旨在确定这两股输入流在齿状回中的表征方式，以及当动物对新环境变得熟悉时这些表征如何改变。

在虚拟世界中观测记忆回路

研究人员使用双光子钙成像记录老鼠在虚拟现实轨道上奔跑时来自神经元投射和局部细胞的活动。在这些计算机生成的走廊和箱状路径中，动物遇到了具有不同图案的墙面和地面、各种形状的物体、奖励、声音以及一种特殊气味。在五天内，研究团队追踪了来自外侧与内侧嗅皮层的相同输入纤维集合，以及齿状回的颗粒细胞，当小鼠在熟悉与新奇虚拟环境之间交替时。这使得团队能够观察空间与感官表征如何出现、稳定并在多日体验中相互作用。

气味与空间沿不同路线传递

记录显示，这两类输入携带截然不同的信息。来自外侧嗅皮层的纤维主要受气味线索驱动，对空间位置信息的传递相对有限。相比之下，内侧嗅皮层的输入富含空间结构：其中许多纤维表现出类似网格或场位的信号，受奔跑速度的调制，并且常在物体和奖励附近发放。两类输入在小鼠进入新环境时迅速形成稳健的模式并随时间保持稳定，即使相同的物体和线索在轨道上被重新排列亦是如此。换言之，构成情境地图的感官与空间成分从第一天起就已在齿状回入口处存在。

齿状回内的缓慢且选择性的精炼

齿状回的颗粒细胞反应截然不同。总体活动稀疏，与其嗅皮层输入相比，任何时刻活跃的细胞要少得多。然而，它们的空间调谐、跨次试验的可靠性以及区分环境的能力都在数日内逐渐改善。部分齿状颗粒细胞对单个物体有持续反应，另一些对气味或奖励位置敏感，还有一小部分在不同情境间具有泛化能力，但大多数发展出高度特异的位点响应。解码分析显示，位置与情境可以较快地从嗅皮层输入中读取，但只有齿状颗粒细胞随着时间推移变得愈发准确与高效，即便在去除许多细胞后仍能保持良好表现。

让相似地点感觉不同

为测试系统分离相似体验的能力，团队比较了两类虚拟世界。在一种情况下，熟悉与新奇环境整体看起来截然不同。另一种情况下，它们在箱状外观与物体上相同，但排列顺序不同，使其更难区分。内侧嗅皮层的输入能清晰区分截然不同的世界，但在世界相似时显示出更多重叠。而齿状颗粒细胞在两种情形下都保持更强的区分性：其活动模式在不同情境间更完全地转变，同时在可能有用的地方（例如共享的轨道边界处）有一部分细胞表现出泛化。这种行为与长期存在的观点一致：齿状回执行“模式分离”，将重叠的输入模式转化为不同的输出编码。

对日常记忆的意义

总体而言，该研究表明大脑先在嗅皮层收集包含气味、物体、移动和空间的丰富混合信息，然后在齿状回中逐步压缩并精炼成稀疏、高度特异且节能的情境表征。这些精炼后的编码特别擅长区分相似情境，同时仍能连接共享元素。对日常生活而言，这一机制或有助于我们将看起来几乎相同的两家咖啡馆区分开，或在熟悉的房间里记住某个特定夜晚，而不会与同一地点的其他夜晚相混淆。

引用: Cholvin, T., Bartos, M. The dentate gyrus efficiently converges LEC and MEC inputs into multimodal, highly specific and reliable environmental representations. Nat Neurosci 29, 1166–1180 (2026). https://doi.org/10.1038/s41593-026-02240-0

关键词: 齿状回, 嗅内皮层, 空间记忆, 模式分离, 虚拟现实导航