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海马下托（Subiculum）是内侧颞叶（Medial Temporal Lobe, MTL）的关键组成部分，传统上被视为海马输出至皮层区域的“中继站”。然而，它与众多脑区之间复杂的传入和传出连接，表明其在记忆和空间导航中扮演着更为独立的功能角色。本综述认为，
海马下托（Subiculum）是内侧颞叶（Medial Temporal Lobe, MTL）的关键组成部分，传统上被视为海马输出至皮层区域的“中继站”。然而，它与众多脑区之间复杂的传入和传出连接，表明其在记忆和空间导航中扮演着更为独立的功能角色。本综述认为，海马下托编码环境结构（如边界、角落、轴线）的规律性以及由任务需求所施加的行为模式，并将海马信息整合为用于目标导向行为的图式化表征。在感知约束主导、促使可预测行为产生的条件下，下托神经元表现出与环境中固定地理特征（如边界向量和轴线调谐）相关的、不变的放电特性。然而，在任务引导的行为过程中，下托的放电活动进一步受到与任务相关的记忆约束的塑造，这体现在以θ节律相位特异性场（theta-phase-specific fields）将空间划分为选择前和选择后区域，从而编码诸如情境和选择等变量。解剖学证据，包括来自海马CA1区的汇聚性输入以及下托内部的局部循环连接，支持了这一功能，而下托向内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex）等脑区的输出则促进了规则引导的行动生成。最终，海马下托将海马精细的神经编码转化为记忆图式，从而使得生物体能够在复杂环境中进行高效的导航和行为。
1 引言
大脑的学习与记忆能力促成了对环境可预测性的认知。内侧颞叶（MTL）长期以来被认为是支撑此类记忆引导行为的关键脑区。在海马体（hippocampus）因在情景记忆和空间导航中的作用而被广泛研究的同时，与海马体紧邻的海马下托（Subiculum）在目标导向行为中的功能探索则相对较少。
解剖学上，海马下托是海马本体与海马外皮层区域之间信息处理的关键枢纽，这一独特位置使其常被视为海马信息输出的主要“中继站”。然而，下托也通过其复杂的传入和传出连接网络，与多个脑区（包括MTL内的海马外皮层、内侧前额叶皮层，甚至存在与海马CA1区的交互投射）形成直接联系。其连接模式的复杂性，包括沿着隔颞轴、横轴和层状轴的亚类分化，都表明其功能并非简单的信号传递。
生理学研究发现，下托与海马本体的神经元放电模式存在显著差异。例如，海马位置细胞（place cells）在新环境中会进行“重映射”（remapping），而下托细胞在视觉或几何结构不同的环境中则表现出更一致的空间放电模式。此外，海马位置细胞通常表现出更尖锐、定位更精准的位置野，空间选择性和信息含量更高；而下托细胞的位置野更宽泛，空间选择性较低。其他差异还包括空间放电的方向性、位置野随开放场环境大小变化而表现出的可伸缩性，以及对多个空间变量的并发编码等。这些显著的差异表明，下托是一个独立的功能区域，它将海马信息作为其众多输入之一，执行着独特的功能。
本综述的核心观点是，应将海马下托视为MTL中一个独立的亚区，其核心功能在于学习环境本身的规律性以及环境中任务需求的规律性。研究人员提出，这些规律性的形成受两个主要驱动因素的约束：感知约束和记忆约束，它们在不同的时间进程上发挥作用。感知约束源于环境的几何规则，提供即时的感觉输入并直接限定可行的运动模式。因此，下托对其的表征更新迅速，并能将环境的突发结构变化（如插入新屏障）整合到当前的环境规律中。相反，记忆约束涉及行为规律性，即动物在执行行为任务时，特定行为模式在多次尝试中一致且可预测地显现。记忆规律性的形成需要反复的经验积累，发展时间进程较慢，并且可能会反过来调制已存在的感知表征。这种规律性的出现标志着任务规则和结构的成功习得，随后动物会表现出与任务组织结构一致的、结构化的行为反应。
2 海马下托的空间表征反映了环境几何施加的行为约束
在动物的行为模式受到环境物理结构强烈限制的条件下，大量下托神经元会根据环境中的固定地理特征（如边界、角落和轴线）来编码动物的位置。这种基于几何特征的位置信息被认为有助于形成稳定的环境表征，使动物能更有效地导航。此外，物理结构对动物行为施加了强大约束，促成了可预测的行为模式。因此，即使环境改变，只要地理特征保持不变，下托神经元仍表现出不变的空间放电模式，表明环境的物理结构成分在自由觅食期间对空间探索行为产生持续影响。
具体而言，多项通过操纵环境特征（如场地几何形状和大小）的研究表明，下托细胞通过拉伸或按比例缩放其位置野，以保持与围栏形状或尺寸一致的空间放电模式。值得注意的是，这些研究中下托细胞最稳定的放电野通常形成于边界或角落附近。这些发现共同表明，下托神经元通过编码环境规律性来维持稳定的空间表征。
随后，Lever等人发现了边界向量细胞（Boundary Vector Cells, BVCs），其表征动物相对于特定边界的位置。他们证明，边界向量野不随围栏形状的改变而改变。即使移除墙壁或用低矮的脊替换，边界向量编码仍得以保留。他们认为“墙壁”不仅是感觉信息，更是一种复杂的功能组件，无论其形状如何，都能深刻地约束动物行为和空间表征。后来一项通过模型拟合方法量化BVC调谐的研究发现，在方形盒子中，BVC的调谐方向存在与墙壁方向对齐的强烈偏向；但在缺乏直墙和锐角的圆形场地中，这种偏向则不存在。研究人员将这种调谐方向偏向上的差异解释为不同几何形状所提供的行为可供性（behavioral affordances）的反映。值得注意的是，对BVC调谐的进一步检查揭示了其对动物位置的预期性编码，这可能使个体能够预见到由周围环境施加的即将到来的行为约束和规律性。另一项研究也报告了源自环境的各种感知约束（如不同大小或屏障插入）可以调制下托中典型位置细胞、屏障相关细胞和边界向量细胞的放电。
在BVCs中，有一亚类细胞被称为向量痕迹细胞（Vector Trace Cells, VTCs），它们在遇到类似边界的线索后，会在其附近形成一个额外的向量场，并在线索被移除后数小时内仍维持这个场。通过将记忆成分整合到传统的BVC框架中，VTCs被认为有助于在缺乏物理线索的情况下进行空间计算，这对于路径规划或想象等高级认知过程至关重要。这种时间上的持久性表明，虽然大多数下托神经元对感知变化做出近乎即时的反应，但VTCs可能赋予记忆成分比即时感觉输入更大的权重。这种权重分配使得下托即使在环境暂时发生变化时，也能表征物理结构或相关行为的规律性。这表明下托表征并非只是当前几何结构的被动反映，而是通过整合近期空间经验而被提炼或塑造。
另一项报告下托细胞对环境角落有反应的研究，也为行为模式受环境影响从而调制下托放电提供了证据。在该研究中，作者通过在场地中央放置两面墙并系统地将它们分开，引入了一个新的离散角落。角落细胞在插入的角落附近立即形成了一个新的镜像场，但随着墙壁间距增大，其活动减弱。鉴于物理结构变化自然会引起动物在墙壁附近行为模式（如穿过缝隙）的不同，下托神经元活动可能更能从动物的行为模式中预测出来。两种类型的角落编码也暗示了行为可供性的差异影响着下托放电。
在线性轨道环境中，动物的导航空间在可能运动方面受到高度限制，使得沿两个方向之一直线奔跑的行为模式更容易形成。这自然导致细胞对“方向”的反应性增强，因为方向是一个强烈的行为约束。然而，在一个具有多个相互连接路径的环境中，对下托的研究揭示了一个更细微的发现：有些细胞在动物沿着轨道的直线段运行时，无论行进方向如何都会放电，表征着一条“轴线”。这表明下托神经元并非简单地编码外部感觉线索或内部运动信号，而是有时会表征沿着特定轴线奔跑这一动作本身。此外，可以推测，基于轴线的表征可能有助于在没有清晰边界的环境中发展空间导航的行为模式，使动物能够相对于远端地标沿轴线移动。
综上所述，这些发现表明，物理结构的规律性及相关的行为模式对下托放电活动有深远影响，特别是在环境几何形状塑造或约束动物行为的条件下。
3 行为规律性在目标导向任务中塑造下托放电
尽管关于自由觅食动物下托放电依赖于环境物理结构的报告众多，但关于下托在海马依赖性记忆任务中独特功能的研究报告却相对较少。研究人员认为，不仅环境的感知约束，而且需要在环境中执行的任务的记忆需求也会限制动物的运动，从而对下托神经元放电产生巨大影响。即，记忆任务要求动物根据任务规则，将物理空间划分为包含独特时空关系的子空间。当动物经历这些任务子阶段时，会发展出刻板的运动模式，同时学习与不同任务阶段（如采样、延迟、测试、奖赏阶段）相关联地顺序访问环境的相关子空间。这些“行为规律性”在一个看似简单的环境（如方形盒子）中，除了几何约束外，也可能对下托的神经放电模式施加巨大控制。基于此框架，以下部分详述了海马下托如何编码此类行为规律性以引导目标导向导航。
在一系列研究下托细胞在延迟非匹配样本任务中神经关联的研究中，Deadwyler和Hampson研究组提出，一些下托神经元编码特定的任务阶段。海马细胞编码任务相关信息，如下压杆位置，但在延迟阶段开始时被抑制。而下托细胞主要在延迟阶段开始时增加放电，此时海马细胞处于不活跃状态。作者认为，下托细胞通过顺序激活，在样本阶段和反应阶段之间的时间间隙中持有任务相关信息。这项研究首次提出，要求一系列行为的结构化任务可能导致下托编码任务规则固有的行为规律性。
最近一项关于下托空间表征异质性的研究也证实了结构化行为影响下托放电的论点。他们量化了多个空间协变量（如动物的位置、头部方向和速度信息）对单个细胞峰电位序列的贡献程度。在相同场地中，与自由觅食相比，主动导航任务期间，单个下托神经元中空间因素对空间表征做出同等贡献的程度变得更强。研究人员将这些发现解释为，任务所施加的行为结构的习得重新配置了下托的空间编码，使其从简单的调谐转向更复杂、多维度的表征。这种转变表现为混合选择性（mixed selectivity）的出现，即单个下托神经元整合多个空间协变量，以支持目标导向导航。
在之前的研究中，研究人员通过在海马依赖性记忆任务中记录单个单元活动，调查了下托如何表征任务结构。研究人员发现，虽然CA1神经元表现出特征性的焦点位置野，但下托神经元以一种更具图式化的方式组织其放电，以表征任务结构，例如大致划分为选择前和选择后部分。下托中的这种图式化放电模式通过替代数据的比较得到了统计学验证，进一步的区域比较揭示，下托以一种比CA1更分割化的方式表征任务结构。值得注意的是，尽管放电野存在差异，但两个区域都通过放电率调制在其各自的野内表现出相当水平的任务相关表征。鉴于下托是CA1输出的主要接收者，这些结果表明，下托不仅仅是传递海马信号，而是在任务被充分学习后，主动地将空间和情境信息重新配置为更具行为相关性的编码。
随后的研究解决了下托神经元典型宽泛放电野带来的挑战。研究人员通过使用θ节律相位进动期间的神经元峰电位发放相位，成功将下托神经元空间宽泛的活动解析为多个子野。利用这些新识别的、由θ相位分隔的野，研究人员发现，具有单个θ相位位置野的下托神经元能更清晰地观察到图式化放电模式。相反，具有多个θ相位位置野的下托神经元表现出更锐利的位置调谐，并且倾向于通过在选择点之前出现的预期野过度表征选择点。由于选择点代表了感知约束与记忆需求汇合的区域，这种过度表征反映了由任务需求驱动的行为显著性，而非仅仅是对环境转换的反应。这些结果表明，下托通过提取与任务相关的规律性（从全局环境图式到焦点决策节点）来促进目标导向行为。
Nakai等人的近期发现为下托在图式表征编码中的作用提供了强有力的实证支持。通过分析T迷宫交替任务中的神经群体流形，他们证明下托流形几何结构采用了“弯曲的8字形”结构。这种几何结构与CA1中观察到的更平面的流形不同，导致了奖励区和通道中显著更高的群体向量相关性。这表明，下托优先编码共享的行为情境，而非颗粒化的、轨迹特定的空间信息。因此，下托似乎将共同的行为特征整合到一个类似图式的表征中，作为一个高效的中枢，促进导航信息向下游区域的传递。
下托的解剖学结构进一步支持了该论点。具体而言，最近的证据表明，单个下托神经元接收来自大约七个CA1细胞的汇聚性输入。这种多CA1神经元到单个下托细胞的高度汇聚，可能作为整合跨越广泛空间范围信息的解剖学基础。此外，下托中的神经元亚群，如爆发型和规则发放型细胞，形成了被认为是足够强大以产生锐波涟漪的内在循环连接。这些局部回路可能使得下托即使在CA1输入停止后，也能维持对环境结构或行为规律性的持续、广泛范围的表征。
除海马输入外，MTL内的海马外皮层已被证明具有任务限制的表征，可能通过直接投射影响下托的规律性编码。例如，鼻周皮层的一个神经元子集在环境中导航时能区分大的空间片段，表明该区域可能为大规模空间提供一种基本形式的单元化。此外，外侧内嗅皮层已被证明编码与奖赏相关的经验时期，这可能有助于表征行为上显著的位置或事件。研究人员也认为，下托中观察到的θ相位位置野可能不仅受到CA1的影响，还可能受到来自内侧内嗅皮层空间表征的影响。虽然需要进一步研究来确定这些不同的上游输入如何调制下托放电，但这些发现表明，下托作为一个专门的整合中枢，将海马和海马外与任务相关的信号合成为连贯的行为表征。
光遗传学操作的实验证据表明，下托将不同类型的信息分发到不同的大脑区域，并且其连接模式沿其近-远端轴和层状轴存在梯度。选择性抑制主要投射到内侧内嗅皮层和压后皮层的远端下托，会导致空间工作记忆的显著损伤。相反，在T迷宫交替任务中，即将做出选择的表征在投射到伏隔核的下托细胞中更为丰富，这些细胞主要集中在近端下托。这些观察结果为下托可能将编码的规律性选择性地路由到负责目标导向导航和行动选择的下游区域提供了重要支持。值得注意的是，海马-前额叶网络的特征是任务相关表征出现的时间动态不同，海马表征获取快速，而前额叶表征整合缓慢。鉴于从海马背侧到额叶皮层的直接投射稀疏，下托通过其到内侧前额叶皮层的直接投射，有资格成为关键的功能中介。在这种能力下，下托可以将细粒度的海马信息转化为更图式化的格式，从而引导额叶区域任务表征的成熟。
越来越多的证据表明，下托与其众多靶区之间的双向功能对话对于情景记忆处理及其随后的行为反应至关重要。此外，最近一项研究表明，投射到次级运动皮层的压后皮层细胞接收来自下托的大量输入，这表明通过压后皮层传递的下托信息可能被用于生成与任务相关的行动。同时，数项研究揭示了从下托到CA1的非经典反向投射。这表明在下托中形成的规律性表征可以反向传播到CA1，可能对海马信息处理产生调节效应。未来的研究需要阐明不同的下托输出通路如何超越其已确立的解剖学连接，在功能上有助于目标导向行为。
4 结论
本综述通过对先前下托解剖学和生理学研究的全面再审视，提出其在编码物理结构或与任务特定规则相关的行为规律性方面发挥着关键作用。本文提出的下托功能可能与大脑中记忆图式的形成和应用机制密切相关。图式作为一个结构化的知识框架，组织和引导多个脑区的信息，以促进协调的任务表现。包括人类在内的动物，通过执行由这种知识框架所指导的结构化运动在空间环境中导航，而这些运动可能并不直接对应于环境的物理配置。如果认知需求极少且环境的物理结构限制性更强，动物的运动可能更多地受感知约束的支配。尽管如此，下托可能在将海马生成的精细空间和事件相关编码合成为图式化表征方面扮演关键角色，从而以精确和高效的方式精简与任务相关的信息处理。虽然图式通常被描述为抽象掉具体细节的通用表征，但研究人员推测，下托通过将这些独特特征整合到稳定的内部模板中，成为图式形成的重要前体。
未来的研究应在描述下托放电与环境几何关系文献的基础上，将这些发现扩展到涵盖任务施加的规律性，以全面揭示下托在学习和记忆中的认知作用。对动物行为的严格量化对于阐明环境和任务相关因素在不同任务范式中如何差异性地调制下托活动至关重要。这些努力对于弥合下托明确的解剖学连接与当前对其与传入和传出网络功能交互的有限理解之间的差距将是至关重要的。
