海马是学习与记忆的重要脑区,在记忆的获取和巩固中起到关键作用。目前的观点普遍认为,活动依赖性的神经可塑性是海马参与记忆活动的重要机制之一。过去数十年,人们对海马神经元的活动依赖性可塑性及其机制进行了系统研究,鉴定了一系列参与可塑性诱导及表达的分子和细胞机制,如膜上的NMDA受体、钙通道,胞内以CaMKII、PKC为代表的激酶系统,以及CREB等参与基因表达的分子在神经可塑性中的作用。除此之外,人们也观察到学习后海马神经元发生的一些可塑性变化,如神经元的膜兴奋性及树突形态的变化。然而,人们对于学习诱导的、与记忆编码直接相关的神经可塑性及机制知之甚少,了解这一问题对于理解海马的记忆功能至关重要。本论文中,我们主要在麻醉的成年大、小鼠上开展全细胞膜片钳记录,观察联合型学习前后海马CA1锥体细胞对感觉信息的处理及记忆编码的突触机制。我们发现：动物未进行学习时,仅少量(-30%)CA1锥体细胞能够对实验所选用的闪光刺激这一感觉信息产生明显的兴奋性或抑制性膜电位反应(兴奋性和抑制性反应的幅度分别为1.8±0.1 mV和-1.2±0.1 mV),其中部分兴奋性和抑制性反应的细胞能够对闪光刺激产生动作电位反应(比例分别为总细胞数的～9%和～7%)；进一步在清醒小鼠上获取的少量在体膜片钳记录数据也观察到一致的现象,即仅少量CA1细胞能对该闪光刺激产生反应。有趣的是,当以该闪光刺激作为联合型恐惧学习的条件刺激、训练动物建立联合型恐惧记忆之后,我们在麻醉动物上开展同样的电生理记录的实验显示：CA1锥体细胞对所记忆闪光刺激的反应比例在学习后的几天内得到大幅提高,学习当天为～70%,学习一天后该比例高达100%,这一比例在学习三天之后下降到～30%这一基础水平。并且,学习后三天内所出现的反应主要是兴奋性反应,且能有效诱发神经元动作电位发放。进一步的分析发现,学习后三天内CA1锥体细胞对闪光刺激的总体反应幅度、反应潜伏期与未学习组相比没有显著改变。此外,在双膜片钳记录的数据中,我们发现联合型学习一天后,CA1锥体细胞间自发活动的同步性水平也显著上升,而后(学习五天后的观察)、该同步性程度降为未学习水平。我们进一步对学习在CA1锥体细胞所诱发的兴奋性反应的机制进行了研究。课题组已有研究发现,在未学习时,对闪光刺激不发生反应的CA1细胞具备能潜在反应的沉默型突触(一类突触后只有NMDA受体而不含AMPA受体的谷氨酸能突触),这些神经元能在细胞去极化的情况下对闪光刺激产生兴奋性反应。因此,我们猜测该类沉默型突触的去沉默化可能是学习诱导的CA1兴奋性反应的原因。为验证这一猜想,我们首先采用CA1特异性NMDA受体亚基基因敲除小鼠进行研究,结果发现敲除鼠无法在训练后获取对闪光刺激的联合型记忆。与此对应,训练不能在CA1细胞诱发出兴奋性反应。这一结果说明,我们在正常动物观察到的、学习诱导的CA1兴奋性反应依赖于CA1自身的NMDA受体活动,也即源于CA1内部的突触可塑性修饰。因此,我们在未学习动物所观察到的、CA1神经元中与闪光刺激密切相关的沉默型突触可推测为主要的突触修饰位点,即该突触发生了去沉默化的突触增强修饰、导致兴奋性反应在大量的CA1细胞中出现。我们接下来检验学习后短期内CA1细胞是否仍存在沉默型突触介导的对闪光刺激的反应。结果显示,学习一天后,CA1锥体细胞对闪光刺激的反应潜伏期和时间特性在膜电位被去极化钳制或接近静息电位钳制两种条件下非常类似。此外,学习前后CA1锥体细胞在去极化钳制条件下对闪光刺激的平均反应强度类似。这些数据表明学习后CA1锥体细胞对闪光刺激的反应不包含沉默型突触的潜在活动,进一步说明学习前的相关沉默型突触发生了去沉默化。本论文的研究总结如下：联合型恐惧学习后,大量CA1锥体细胞能编码所记忆的感觉信息并产生兴奋性反应,在这些细胞中、沉默型突触的去沉默化机制很可能是海马记忆存储的一个重要突触机制。