循環的性類固醇激素對神經元結構和功能有著重要影響，其中卵巢激素 17β - 雌二醇（E2）和孕酮的受體在海馬體中高度表達，海馬體對情景和空間記憶形成至關重要。但這些內分泌信號如何在電路層面塑造神經元加工和可塑性仍不清楚。

早期體外研究顯示，在 4 - 5 天的動情周期中，樹突棘（興奮性突觸的主要部位）密度會發生顯著波動，尤其是在 CA1 區頂樹突。后續研究表明，E2 可增強興奮性突觸可塑性，內源性 E2 的突觸生成作用在多種哺乳動物中均有觀察到。這些效應由類固醇激素受體調節，涉及基因組和非基因組途徑，會導致轉錄、翻譯和表觀遺傳變化。此外，人類研究發現月經周期中類固醇激素的波動與海馬亞區結構變化和功能連接重組有關。

然而，目前缺乏對性類固醇激素在體內如何影響細胞和電路層面加工的理解。近期多光子成像技術的進展為研究提供了新途徑，本研究旨在利用該技術探究動情周期對 CA1 神經元形態和功能的影響。

為克服傳統海馬成像對 CA1 區頂樹突觀察的限制，研究采用慢性植入玻璃顯微鏡，并使用 Thy1 - GFP - M 小鼠稀疏表達 GFP，以觀察樹突棘形態。通過對多個軸向平面成像并生成復合投影，結合濾波、二值化和自定義軟件檢測，對樹突棘進行分類和分析。

研究發現，樹突棘密度在動情周期中顯著波動，動情前期增加，動情期減少，這主要影響薄型和短粗型樹突棘，而蘑菇型樹突棘密度相對穩定。
2. 形態學樹突棘動態受動情周期階段影響：通過縱向監測樹突形態，研究發現新形成的樹突棘在動情前期出現后，部分會在隨后的周期中保持穩定，成為功能性突觸群體的一部分。與一般樹突棘群體相比，短暫存在的樹突棘中薄型和絲狀偽足型樹突棘較多，而穩定存在的樹突棘中短粗型樹突棘較多，這表明薄型樹突棘更容易被修剪。此外，從動情間期到動情前期，樹突棘傾向于從較不穩定的亞型轉變為更穩定的亞型，而從動情前期到動情期則更可能被完全修剪。
3. 體樹突耦合在動情周期中波動：為研究 CA1 區樹突活動是否受動情周期調節，研究人員使用表達 GCaMP6s 的轉基因小鼠，并植入玻璃微棱鏡以觀察體樹突軸的活動。小鼠在空氣漂浮平臺上的圓形軌道上運動，通過雙光子成像記錄其活動。

研究發現，動情前期體樹突耦合顯著增加，動情期則顯著減少，且這種變化與樹突距離有關，所有階段體樹突活動耦合均隨距離增加而降低，但動情前期耦合更高，動情期更低。此外，反向傳播動作電位（bAPs）在動情前期的傳播長度常數顯著高于動情期，這表明動情周期可調節 bAPs 傳播，進而影響 CA1 區樹突可塑性。
4. 在漂浮環境中測量的位置細胞表現出穩定反應和全局重映射：為研究動情周期對 CA1 區樹突的調節是否影響位置細胞，研究人員在主動導航的頭部固定動物中對大量位置細胞進行成像。使用兩個具有不同視覺和觸覺線索的漂浮環境，以驅動可靠的位置細胞活動和環境間的重映射。

小鼠在實驗前進行 21 天的適應訓練，包括頭部固定和水獎勵訓練。實驗中，通過磁跟蹤系統測量小鼠位置，對鈣瞬變進行提取和平滑處理。結果發現，位置細胞在不同環境中表現出穩定的位置場，且在環境變化時會發生全局重映射，回到相同環境時則恢復到原來的空間表示。
5. 位置細胞穩定性受動情周期階段調節：研究人員進一步研究了動情周期對位置細胞穩定性和重映射的影響。雖然位置細胞的基本放電特性在動情周期中沒有顯著變化，但在動情期，位置細胞的逐圈穩定性顯著低于其他階段。在同一環境內（A > A′），動情前期的位置細胞穩定性顯著高于動情期，而在不同環境間（A > B）的重映射差異較小。通過計算圓形距離和群體向量（PVec）相關性等指標，研究人員證實了這些結果，并發現動情前期的解碼誤差顯著低于其他階段，這表明動情周期對海馬體的空間表示有顯著影響。

本研究首次在體內證明動情周期調節海馬回路功能。在突觸層面，動情周期顯著影響樹突棘密度，部分動情前期增加的樹突棘會穩定存在；在細胞層面，CA1 錐體神經元的樹突活動在動情周期中發生變化，動情前期 bAPs 更多地侵入頂樹突；在群體層面，空間編碼在動情前期更穩定，動情期則較不穩定。

這些結果與當前關于突觸可塑性在空間表示形成和穩定性中作用的理論一致，即 bAPs 可能促進位置場的穩定，且興奮性樹突輸入增加與位置場穩定性相關。然而，目前尚不清楚是樹突興奮性的變化驅動了體樹突耦合的改變，進而影響樹突棘動態，還是其他機制在起作用，這需要進一步研究。

此外，雖然已知動情周期依賴性樹突棘更新在海馬體中廣泛存在，但在其他腦區的影響尚不清楚。未來研究這些區域的激素調節作用，將有助于理解全身內分泌對神經可塑性的影響。

本研究也存在一些局限性。例如，使用的轉基因小鼠可能標記非隨機的神經元子集；小型樹突棘結構（如絲狀偽足）分辨率受限；功能性樹突實驗使用的 GCaMP6s 指標在時間精度上存在不足；研究僅為觀察性，尚未揭示動情周期調節結構和功能可塑性的分子機制。未來可利用 CRISPR、短發夾 RNA（shRNA）和轉基因技術進一步深入研究。

從進化角度看，動情周期對海馬網絡的顯著影響可能與繁殖有關。動情前期 E2 水平升高，可能增強了尋找配偶的行為，而此時位置細胞穩定性增加，可能有助于動物在復雜環境中導航。但目前關于 E2 對空間記憶影響的研究結果存在沖突，未來需要進一步研究以明確動情周期對空間記憶和導航行為的影響，以及其背后的進化邏輯。

值得注意的是，動情周期常被錯誤地認為會導致雌性動物比雄性動物更具變異性，這導致雌性動物在研究中代表性不足。但實際上，雄性嚙齒動物的行為變異性可能更大，且 E2 對雄性海馬體也有重要調節作用。此外，雄性小鼠也存在激素波動，只是時間尺度較短。未來利用新技術評估血漿激素水平，可能有助于深入了解性腺激素對雄性海馬體電路的影響。

總之，本研究表明自然循環的內分泌因素是空間記憶電路的強大調節因子，對海馬體結構和功能有重要影響。這一結果強調了在神經科學研究中考慮激素影響的必要性，為未來研究內分泌節律、突觸可塑性和認知之間的相互作用奠定了基礎。