引言
本文提供了一个基于个人回忆的视角，审视海马CA1区和下托（subiculum）对局部环境的空间表征。综述的重点围绕一个统一的故事展开：啮齿类动物下托细胞中的向量编码。作者回顾了CA1位置细胞的几何反应与辨别学习，下托中边界向量细胞（BVCs）、边界关闭细胞（boundary-off cells）和向量痕迹细胞（VTCs）的发现。VTCs是一种具有额外记忆能力的BVC亚型。
通往约翰·奥基夫之路：知道方向并到达那里
作者首次接触约翰·奥基夫（John O'Keefe）的工作是在1993/94年，通过一次关于记录大鼠大脑神经元以操控和移除线索的实验介绍。这激发了他对神经科学的兴趣，并最终促使他申请了伦敦大学学院（UCL）的神经科学硕士学位，目标明确地希望进入奥基夫的实验室工作。尽管最初因缺乏相关技能而受阻，但作者被奥基夫关于“啮齿类海马生成外部世界显式模型”的观点所吸引，并最终获得了在奥基夫实验室进行解剖学研究的硕士项目机会，之后又获得了医学研究理事会（MRC）的博士奖学金。
外部现实的小规模模型
作者深受道金斯（Richard Dawkins）和克雷布斯（John Krebs）关于大脑构建世界“小规模模型”以模拟未来观点的影响，这与奥基夫和纳德（Nadel）在《海马作为认知地图》中的思想相呼应。尽管奥基夫最初对接收硕士生持保留态度，但作者最终得以进入实验室，并热爱上了神经解剖学。
重映射，或不重映射
重映射（remapping）现象是奥基夫实验室当时关注的重点，也是思考边界向量细胞功能的关键。奥基夫和伯吉斯（Neil Burgess）1996年在《自然》杂志发表的论文被视为“从一次有趣的失败中学到东西”的典范。他们原本预期当环境形状从小正方形变为大正方形或矩形时，位置细胞会发生活跃模式的“重映射”，但结果大多数细胞在四个矩形箱体中的放电模式具有可预测性，例如在所有箱体的西南角放电。伯吉斯随后提出了一个优雅的边界向量模型来解释这种可预测性：位置细胞的放电可以通过对最多四个高斯调谐曲线的求和与阈值化来解释，每个曲线在与矩形箱体四面墙的特定垂直距离和方向上达到峰值。此时，边界向量模型并非明确的细胞模型。后来，作者在博士期间的研究发现，插入屏障会导致位置细胞放电场（place field）加倍，这为伯吉斯的BVC模型提供了重要支持。
不由形状引起的重映射
作者的博士工作进一步表明，仅形状不同的方形和圆形环境在初次暴露时并未引发复杂的“全局重映射”，这为BVC模型思考位置细胞空间放电模式提供了更多支持。然而，随着大鼠获得特定天数/周数的经验，渐进的重映射确实会发生。更重要的是，探测试验表明，已经重映射的模式在不同形状间表现出显著的转移，尤其是从原始方形转移到可变方形。这些发现为后续威尔斯（Tom Wills）等人关于吸引子动力学模式完成的实验奠定了基础，该研究被认为是马尔（Marr）和霍普菲尔德（Hopfield）思想的经典演示，为记忆是神经元表征的吸引子状态这一观点提供了证据。
进展是沿途充满障碍的旅程
在寻找BVCs的生理证据时，作者首先瞄准了内嗅皮层（entorhinal cortex），但两次植入均告失败，于是转向研究较少的脑区——下托。他受到夏普（Pat Sharp）关于下托存在“通用地图”观点的启发，同时考虑了边界相关放电以及CA1与下托放电的相对时序等议题。然而，研究下托面临诸多挑战：细胞隔离困难、数据处理缓慢、细胞产出率低，且奥基夫最初并不特别支持。但当下托细胞展现出与CA1截然不同且似乎具有数学规律的放电模式时，奥基夫转而积极鼓励他继续研究。
作者的实验设计旨在引发CA1细胞在最剧烈的“全局重映射”，同时在三种不同环境中固定头部方向系统。他成功地在所有携带CA1细胞的大鼠中诱发了全局重映射，同时固定了头部方向。特别关键的是，他使用了无壁（跌落）环境作为三种环境之一，因为他之前观察到有壁环境到无壁环境会引发强烈的重映射。结果发现，一些下托细胞在墙壁和跌落处表现出相似的放电，并且是在初次暴露于包含这些边界的新环境时立即出现。更引人注目的是，这些相似的向量型反应出现在CA1位置细胞发生强烈重映射的环境中。这表明BVCs执行着相当复杂和抽象的任务。
诱发额外向量场
通过两种方法诱发额外的向量场带来了更多的“尤里卡”时刻。第一种方法是按照伯吉斯的建议，插入屏障以在BVC中诱发第二个放电场，位置由其墙壁场预测。第二种更巧妙的方法是利用“在一起，分开”的操作，使用两张桌子创建额外的跌落来诱发场重复。这些操作不仅验证了BVC模型，也帮助排除了其他解释，例如放电相似性是否仅仅源于实验室空间的相似位置，或者跌落诱发的场是否反映了对之前墙壁场的记忆。
“边界关闭细胞”与边界/物体作为抑制者
研究发现了边界不仅具有兴奋作用，也有抑制作用。作者和斯图尔特（Sarah Stewart）注意到，屏障不仅能在BVC中诱发额外场，也能在其他细胞中清晰地抑制放电。他们发现了一种称为“边界关闭细胞”的类型，其具有与BVC相似的角度和距离调谐特性，但看起来像是BVC的反转。一个简单的模型可以解释这种现象：一个细胞接收两种输入：一种在整个环境中广泛放电的兴奋性细胞，以及具有BVC样模式的抑制性细胞的输入。该模型预测，下托中应该存在作为BVC的中间神经元。后来，作者的合作者波尔特（Steven Poulter）确实记录到了一个可能的BVC中间神经元。边界关闭细胞在下托中相当普遍，并且整个下托向量系统对“物体”和“边界”都有反应。
下托向量系统：既对“物体”也对“边界”
作者认为下托向量系统需要对物体和边界都作出反应，对于BVC而言，除了几何范围外，可能没有区别。初步数据显示，被啮齿类海马研究者视为“物体”的线索确实能够以符合规律的方式诱发额外场，甚至对仅2.5厘米宽的小物体也有可察觉的反应。使用较小的线索（如酒瓶）来诱发额外向量场具有关键优势：不需要太大的环境，并且可以精确放置物体，使预测的额外场不与任何现有放电场重叠，从而增加了确定性。可以在一次试验中插入多个线索，获得两个或更多位于预测位置的额外向量场，这展示了对BVC现象的实验理解和控制程度。
情景记忆？：向量痕迹细胞
向量痕迹细胞（VTCs）的发现正是源于使用酒瓶进行实验所达到的这种控制水平。波尔特在一次试验中插入一个酒瓶，在随后的移除酒瓶的试验中，发现了一个“痕迹场”。当他插入两个不同的酒瓶，并在移除后的试验中看到两个与插入时高度相似的酒瓶诱发场时，真正的“尤里卡”时刻到来了。唯一的解释就是：记忆。VTCs展现了海马系统中最明确的记忆演示之一。在仅仅一次暴露试验后就快速学习一个乃至多个线索位置，表明VTCs可能编码情景记忆的空间要素。VTCs几乎都位于远端下托（distal subiculum），而近端下托（proximal subiculum）则很少。远端和近端下托细胞相对于θ振荡的平均放电相位也不同，远端细胞大约早60°。此外，当插入线索时，VTCs和非痕迹BVCs都表现出更早的θ放电相位，但这仅发生在线索试验（编码试验）中，且仅在线索场内。令人兴奋的是，这种相位前移的变化在保留了场痕迹的VTCs中比在非痕迹BVCs中更强，这可能是一种编码标记。
焦虑、θ节律、新奇、探索
作者对探索、新奇、焦虑和θ节律的交叉点产生了兴趣。受伯吉斯的网格细胞模型和格雷（Gray）与麦克诺顿（McNaughton）的焦虑产生海马理论启发，他们结合两种模型预测：抗焦虑药物会降低θ频率与速度关系的截距（y-intercept），而空间新奇会降低θ频率与速度关系的斜率。实验结果证实了这些预测。作者认为，在新奇环境中观察到的θ频率降低可能服务于编码过程。
回顾与展望
三十年的研究历程充满了验证理论预测和偶然发现的乐趣。作者认为，计算模型若能用于对有限领域未来数据产生新颖的实验预测，则最具启发性。展望未来，科学领导者或许需要更多地关注博士和博士后职位可能对心理健康造成的负面影响。在一个大实验室与小实验室差距日益扩大、经费申请浪费严重且成功率低下的世界里，保持对发现新事物（无论大小）的孩童般的乐趣，建立心理韧性，并抱有大量的乐观偏见，似乎越来越必要。
