Hippocampal theta oscillations show prominent changes in frequency and amplitude depending on behavioral state or cognitive demands. How these dynamic changes in theta oscillations contribute to the spatial and temporal organization of hippocampal cells, and ultimately behavior, remain unclear. We used low‐theta frequency optogenetic stimulation to pace coordination of cellular and network activity between the medial septum (MS) and hippocampus during baseline and MS stimulation while rats were at rest or performing a spatial accuracy task with a visible or hidden goal zone. Hippocampal receptivity to pan‐neuronal septal stimulation at low‐theta frequency was primarily determined by speed and secondarily by task demands. Competition between artificial and endogenous field potentials at theta frequency attenuated hippocampal phase preference relative to local theta, but the spike‐timing activity of hippocampal pyramidal cells was effectively driven by artificial septal output, particularly during the hidden goal task. Notwithstanding temporal reorganization by artificial theta stimulation, place field properties were unchanged and alterations to spatial behavior were limited to goal zone approximation. Our results indicate that even a low‐theta frequency timing signal in the septohippocampal circuit is sufficient for spatial goal finding behavior. The results also advance a mechanistic understanding of how endogenous or artificial somatodendritic timing signals relate to displacement computations during navigation and spatial memory.

中文翻译：

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海马回路的光遗传学“低θ”起搏足以找到空间目标，并受行为状态和认知需求的影响。

根据行为状态或认知需求，海马 theta 振荡显示频率和幅度的显着变化。θ 振荡的这些动态变化如何影响海马细胞的空间和时间组织，以及最终的行为，尚不清楚。我们使用低 θ 频率光遗传学刺激在基线和 MS 刺激期间，在大鼠休息或执行具有可见或隐藏目标区域的空间精度任务期间，调节​​内侧隔 (MS) 和海马之间的细胞和网络活动的协调。海马对低θ频率的泛神经元间隔刺激的接受性主要取决于速度，其次取决于任务需求。人工和内源性场电位在 theta 频率之间的竞争减弱了相对于局部 theta 的海马相位偏好，但海马锥体细胞的尖峰定时活动是由人工隔膜输出有效驱动的，特别是在隐藏目标任务期间。尽管通过人工 theta 刺激进行了时间重组，但地方场属性没有改变，空间行为的改变仅限于目标区近似。我们的结果表明，即使是海马回路中的低θ频率计时信号也足以实现空间目标寻找行为。结果还促进了对内源性或人工躯体树突计时信号如何与导航和空间记忆期间的位移计算相关的机械理解。但是海马锥体细胞的尖峰计时活动是由人工隔膜输出有效驱动的，特别是在隐藏目标任务期间。尽管通过人工 theta 刺激进行了时间重组，但地方场属性没有改变，空间行为的改变仅限于目标区近似。我们的结果表明，即使是海马回路中的低θ频率计时信号也足以实现空间目标寻找行为。结果还促进了对内源性或人工躯体树突计时信号如何与导航和空间记忆期间的位移计算相关的机械理解。但是海马锥体细胞的尖峰计时活动是由人工隔膜输出有效驱动的，特别是在隐藏目标任务期间。尽管通过人工 theta 刺激进行了时间重组，但地方场属性没有改变，空间行为的改变仅限于目标区近似。我们的结果表明，即使是海马回路中的低θ频率计时信号也足以实现空间目标寻找行为。结果还促进了对内源性或人工躯体树突计时信号如何与导航和空间记忆期间的位移计算相关的机械理解。尽管通过人工 theta 刺激进行了时间重组，但地方场属性没有改变，空间行为的改变仅限于目标区近似。我们的结果表明，即使是海马回路中的低θ频率计时信号也足以实现空间目标寻找行为。结果还促进了对内源性或人工躯体树突计时信号如何与导航和空间记忆期间的位移计算相关的机械理解。尽管通过人工 theta 刺激进行了时间重组，但地方场属性没有改变，空间行为的改变仅限于目标区近似。我们的结果表明，即使是海马回路中的低θ频率计时信号也足以实现空间目标寻找行为。结果还促进了对内源性或人工躯体树突计时信号如何与导航和空间记忆期间的位移计算相关的机械理解。