海馬結構(hippocampus formation)系大腦半球皮質內側緣的部分，屬于古老皮質，呈前后走向，占據顳[niè]葉的內下部，突出于側腦室顳角底部側副裂內側。它由海馬(hippocampus)、齒狀回(dentategyrus)和下托(subiculum)組成。從冠狀切面可見海馬結構成雙重C環抱的外形，大C代表海馬，開口向腹內側，小C代表齒狀回，開口朝向背內側，海馬溝的腹側為下托(Subiculum)。海馬由向內卷曲的數個小的腦回覆蓋海馬溝而成，因外觀似海馬而得名，而打開側腦室顳角所見到的海馬看上去則更像蠶蛹或羊角，故又稱其為海馬角；海馬長約5cm，前部為稍彎向內側的海馬腳，與騎跨在側腦室顳角尖部的杏仁核簇相接。齒狀回(gyrusdentatus)是一窄條灰質，其內側游離面有橫溝分隔成齒狀，故名齒狀回。下托(subiculum)是海馬回皮質和海馬皮質間的過渡皮質，從海馬旁回皮質的6層到海馬皮質的3層間，下托區皮質由5層逐漸變為4層。
在海馬結構的傳入纖維中，一個重要的傳入來源是海馬旁回。穹窿是其主要的傳出纖維，多數止于乳頭體，也有終止于隔區的纖維。從海馬旁回起始，經海馬結構、乳頭體、丘腦前核、扣帶回，再到海馬旁回的環路聯系，稱為Papez回路Papezcircle，又稱海馬環路，與情感、學習和記憶等高級神經活動有關。海馬在長時記憶的形成中十分重要，海馬受損則短時記憶不能轉變為長時記憶。此外它對陳述性記憶的形成以及導航、空間問題也至關重要。
海馬病變可引起記憶障礙，主要見于短暫性全面性遺忘、單純皰疹性腦炎后遺癥、副腫瘤性邊緣葉腦炎、腦部腫瘤等。海馬損傷會導致順行性遺忘、空間記憶障礙。海馬硬化癥或稱顳葉內側硬化與顳葉癲癇發作密切相關。此外，該部位的許多微小病灶如低惡度星形細胞瘤伴發的頑固性癲癇與海馬神經元丟失的關系，通過病理研究也得到了證實和肯定。早期阿爾茲海默癥對于近期事件的記憶喪失較為明顯，這和其傾向于優先影響雙側海馬，顳葉和基底前腦結構有關。
形態結構
海馬結構(hippocampusformation)是由海馬(hippocampus)、齒狀回(dentategyrus)和鄰近的下托(subiculum)組成。有時“海馬”指所有三個結構。從冠狀切面可見海馬結構成雙重C環抱的外形，大C代表海馬，開口向腹內側，小C代表齒狀回，開口朝向背內側，海馬溝的腹側為下托(Subiculum)。
海馬皮質
腦皮質是覆蓋在大腦半球表面的灰質，人類大腦皮質重演了種系發生的次序，可分為原(古)皮質(海馬，齒狀回)、舊皮質(嗅腦)和新皮質(其余大部分)。原皮質、舊皮質與嗅覺和內臟活動有關，新皮質高度發展，占大腦半球皮質的96%以上，并將原皮質和舊皮質推向半球的內側面下部和下面。大腦皮質的神經細胞可分為傳出神經元和聯絡神經元兩類，它們依照一定的規律分層排列并組成一個整體。原皮質和舊皮質為三層結構，新皮質基本為六層結構。海馬與齒狀回屬于只有三層結構的古皮質，從外向內分為分子層、錐體細胞層（海馬）或顆粒細胞層（齒狀回)和多形層。海馬有不同的錐體細胞扇區，命名為CA(阿蒙角，cornuAmmonis)1到4。CA4位于齒狀回的門內。CA3在CA4附近，ca(clo)2緊鄰CA3，而CA1最接近下托。
位置與毗鄰
海馬結構是邊緣系統的一部分，邊緣系統主要位于大腦半球的內側和腹側區域。在半球的內側面環繞胼體周圍和側腦室下角底壁分布的結構為邊緣葉（limbiclobe），由隔區(即胼胝體下區和終板旁回)、扣帶回、海馬旁回、海馬和齒狀回等，加上島葉前部、顳極構成，其中海馬旁回、海馬和齒狀回也屬于顳葉的一部分。由于顳葉的新皮質極度發展，海馬結構被擠到側腦室下角中，占據顳葉的內下部，突出于側腦室顳角底部側副裂內側。海馬結構的鄰近結構如下：
海馬回
在大腦半球下面，顳葉下方有與半球下緣平行的枕顳溝(occipitotemporalsulcus)，在此溝內側并與之平行的為側副溝（collateralsulcus)，側副溝的內側即為海馬旁回(parahippocampalgyrus）(又稱海馬回)。海馬結構是海馬旁回內側和背側的延續，它埋于內側顳葉，構成側腦室下角的底。海馬旁回包括幾個與海馬結構連接的皮質區，最重要的是內嗅皮質，它位于海馬旁回的前部，毗鄰下托。鄰近內嗅皮質的圍嗅(鼻周)皮層(perirhinalcortex)和旁海馬皮層(parahippocaimpalcortex)一起接替內嗅皮層與大腦其他區域之間的信息。
穹窿和乳頭體
是一個從海馬結構延伸到間腦和隔的拱形的白色纖維束，是海馬的主要流出道。它將一些軸突帶入海馬汽車，同時又構成從海馬的主要流出途徑。乳頭體通過穹窿，和海馬體相連，共同參與記憶形成的過程。
杏仁核
海馬前端的海馬腳與騎跨在側腦室顳角尖部的杏仁核簇相接，杏仁核是邊緣系統的一部分，是產生情緒、識別情緒和調節情緒，控制學習和記憶的腦部組織。海馬體負責陳述性記憶，杏仁核負責感知和表達情緒記憶。
血管與神經
血管
海馬的血供主要由海馬前動脈、海馬中動脈、海馬后動脈負責，其中大腦后動脈發出的海馬中動脈和海馬后動脈、即大腦后動脈的顳支，也稱阿蒙角動脈，負責供應海馬旁回和穹隆的血供。海馬前動脈是脈絡叢前動脈的分支，供應海馬體和齒狀回。脈絡叢前動脈細小且行程較長，易被血栓阻塞。
神經傳導過程
在海馬結構的傳入纖維中，一個重要的傳入來源是海馬旁回。穹窿是其主要的傳出纖維，多數纖維止于乳頭體，也有終止于隔區的纖維。從海馬旁回起始，經海馬結構、乳頭體、丘腦前核、扣帶回，再到海馬旁回的環路聯系，稱為Papez回路Papezcircle，又稱海馬環路，與情感、學習和記憶等高級神經活動有關。
傳入：內嗅皮層是海馬結構重要的輸入，它接受來自杏仁核、邊緣皮層以及所有的新皮層聯合區直接或間接的輸入，間接途徑主要經由兩個相鄰的邊緣皮層區域：圍嗅(鼻周)皮層(perirhinalcortex)和旁海馬皮層(parahippocampalcortex)。來自內嗅皮質的傳入纖維經穿通通路至海馬結構及齒狀回，并經室床通路到達海馬回的CA1和CA3區。
傳出：海馬結構的重要傳出通路是由下托至內嗅皮質的投射，并再返回至多形皮質聯合區。海馬結構的其他主要傳出通路是穹隆，穹隆中的傳出纖維至間腦和隔核。由海馬結構至穹隆及內嗅皮質的主要傳出纖維來自下托。此外，下托發出單突觸連接到杏仁核、眶額皮質和腹側紋狀體。因此，下托是海馬傳出纖維的重要結構。
穹隆：海馬結構也經由穹隆接受來自于皮層下區域的傳入，這些傳入選擇和調節了海馬結構的功能，但并不提供特殊的信息。海馬結構接收來自：腹側被蓋區的多巴胺能傳入，藍斑區的去甲腎上腺能傳入，中縫核的5－羥色胺能傳入，以及內側隔核的乙膽堿能傳入，這些神經遞質的釋放調節了海馬的功能。海馬結構也經由穹窿發出一系列傳出纖維到一些神經核團，這些神經核團包括位于下丘腦尾端的乳頭體，乳頭體發送軸突到丘腦前部，丘腦前部進而發送軸突到扣帶皮層。
生理功能
海馬結構對記憶功能至關重要，并有很多的傳入和傳出網絡聯系，與皮質聯合區的聯系對記憶尤其重要。來自額葉、頂枕葉和顳葉皮質聯合區的主要傳入纖維至海馬結構的內嗅皮質。許多信息傳遞至內嗅皮質前，在附近的嗅周皮質和海馬旁皮質進行中繼。這些傳人纖維被認為包含來自多個感覺運動形式的高階信息，被內側顳結構進一步處理以存儲記憶。存儲過程本身被認為未發生在內側顳結構，但回溯至皮質聯合區和初級皮質，以使特定的記憶再活化。
長期記憶
記憶可分為瞬時記憶、短期記憶和長期記憶。海馬不是短時或長時記憶儲存的位置，海馬結構損傷的患者能記住在他們的腦受傷之前發生的事件，他們的短時記憶相對正常。海馬參與短期記憶(60分鐘內)向長期記憶的轉變（數天以上)，雙側海馬損傷的患者可表現為長期的順行性遺忘，沒有新的長期記憶可以建立。記憶的長期強化是通過突觸強度的增加來實現的，而海馬的某傳入傳出活動被配對的方式刺激時會有突觸強化。長期強化的產生提供了海馬在學習和記憶中發揮作用的細胞分子基礎。
陳述性記憶
記憶也可分為陳述性記憶(能通過言語進行表達的記憶）和非陳述性記憶(對感知記憶、刺激—響應記憶以及動作技能記憶的集合術語）。海馬結構在陳述性記憶形成過程中扮演著重要角色，海馬從感覺運動聯合皮層以及一些亞皮層區域（如基底神經節和杏仁核)接收有關現在所發生事情的信息，并對這些信息進行處理，然后通過與這些區域相連接的傳出神經，對這些區域內正在被強化的記憶進行校正，并以某種方式將這些信息關聯在一起，進而使得個體可以記住記憶元素之間的關聯。例如，事件發生的順序，個體感知特定物件的情景等等。如果沒有海馬結構，個體將只剩下獨立的、分離的記憶，這種記憶沒有與情景以及前后關系形成關聯，因此也就沒有可供回憶的情景和背景。
空間記憶
海馬體含有編碼空間記憶的“位置細胞”，參與了導航和空間問題的解決。內嗅皮質是海馬體最大的信息輸人，包含“網格細胞”，“網格細胞”排列成六邊形圖案，當動物位于一個特定位置時激活。“位置細胞”和“網格細胞”在大腦內共同提供了一個GPS系統。
相關疾病
記憶障礙
顳葉內側的海馬病變可引起記憶障礙，主要見于短暫性全面性遺忘、單純皰疹性腦炎后遺癥、副腫瘤性邊緣葉腦炎、腦部腫瘤等。
顳葉癲癇
相對于其他的皮質區來說，顳葉（特別是海馬和杏仁核)對癲癇發作有更低的閾值。起源于這些區域的抽搐，被稱為精神（復雜部分性)癲癇發作。顳葉癲癇可包括不正常的感覺，特別是離奇的嗅覺，有時又稱為鉤突發作；反復的不自主運動，如咀嚼、吞咽和咂嘴，意識障礙，記憶力減退，幻覺以及回憶和再認的障礙。大量的實驗及臨床研究發現，海馬硬化或稱顳葉內側硬化與顳葉癲癇發作密切相關。此外，該部位的許多微小病灶如低惡度星形細胞瘤伴發的難治性癲癇，與海馬神經元丟失的關系，通過病理研究也得到了證實和肯定。盡管癲癇和海馬結構硬化的因果關系還不能肯定，但通常認為兩者相互作用，相互影響，海馬硬化是“癲癇成熟”的基礎。臨床醫師根據海馬結構特點設計的不同手術方式均已取得了控制癲癇的滿意效果。
阿爾茨海默病
阿爾茨海默病是一種常發于老年群體的疾病，該病的發病率隨年齡增加而迅速增高，65歲以下發病率是1%，85歲以上則高達40%。除了年齡，最大的風險因素是ApoE4等位基因，另一個可能的風險因素是腦外傷史。阿爾茨海默病最早的典型表現為在一些之前活動上興趣的輕微丟失或轉移，然而，阿爾茨海默病主導的早期特征通常是記憶丟失，尤其是近期記憶，伴隨相對少的遠期記憶。患者可能很難回憶最近的事件，如鑰匙放在哪里，或他們打算在商店里買什么。盡管遠期記憶損害并不嚴重，對于較少的近期事件也會存在一些記憶丟失。這可能是因為早期阿爾茲海默癥傾向于優先影響雙側海馬，顳葉和基底前腦結構。
歷史
16世紀-發現和命名
1579年，意大利解剖學家朱利奧·塞薩爾·阿蘭齊在其《解剖學觀察》中首次提到海馬體，最初，他將海馬體命名為白僵蠶（white silk worm），后來又將其改名為海馬體（Hippocampus）。“Hippocampus”源自希臘語河馬（hippos）和毛蟲（kampe）的組成，它有兩層含義：分別是神話中一半是馬，一半是蛇的生物，以及在中海地區常見的海洋生物海馬。
18世紀-命名爭議
在朱利奧·塞薩爾·阿蘭齊發表的《解剖學觀察》中并沒有詳細記錄海馬體解剖的過程以及海馬體的解剖圖，而“Hippocampus”會令人聯想到海洋和神話生物，當時的學者很難將其與人類大腦組織聯系起來，所以對海馬體的命名存在爭議。1728年，法國醫生雷內·加倫戈特（RenéGarengeot）認為海馬體彎曲向上的角類似于公羊的角，于是將其命名為阿蒙角（Ammon's horns）。1732年，丹麥解剖學家雅克·比尼格·溫斯洛（Jacques Be'nigne Winslow）在其《人體結構的解剖學闡釋》中又將海馬體命名為公羊角（ram's horn）。直到1786年，法國解剖學家費利克斯·維克·德阿茲爾出版了醫學史上首本人類大腦彩色圖譜《解剖學與生理學》，首次描繪了海馬體，從而讓解剖學界對于“Hippocampus”一詞達成了共識，目前在醫學文獻中常用“Hippocampus”指代大腦海馬體。
20世紀-記憶研究
1900年，俄羅斯生理學家弗拉基米爾·貝赫捷列夫在對記憶缺陷患者的研究中發現，這些患者大腦海馬體都有不同程度的功能減退，由此，他猜想記憶可能與大腦海馬體有關。這個猜想啟發了后來的研究人員，針對海馬體功能的研究逐漸成為神經科學家研究的主題。1957年，加拿大的神經心理學家布倫達·米爾納（Brenda Milner）報告了對雙側顳葉切除患者H.M的研究成果，掀起了人類記憶學研究的熱潮，由此開啟了將記憶研究納入實驗研究的軌道。
相關研究
失憶癥患者H.M案例
1957年，米爾納（Milner）與斯科維爾（Scoville）關于失憶癥患者H.M.的病例報告引起了眾多科學家的關注，并使人開始認識到海馬體對記憶起重要作用。H.M.是一位癲癇患者，為減輕癲癇癥狀他在27歲接受了雙邊內側顳葉手術，海馬結構和海馬旁回都被切除。手術后癲癇發作有所改善，但出現嚴重的記憶問題，他無法學習新的東西或回憶新體驗。盡管他的記憶缺失明顯，但人格和智商測試卻是正常的。此外，他保留了學習某些不需要有意識性回憶的工作能力。由于他是相對單純的遺忘癥，所以被廣泛地研究。米爾納及其同事基于他缺陷的模式得出以下結論：海馬不是瞬時(短時)記憶和長時記憶的位置，也不是長時記憶提取所必需的結構；海馬與瞬時(短時)記憶向長時記憶的轉化有關。
位置細胞
1971年，約翰·歐基夫(O'Keefe）和他的學生多斯特洛夫斯基（Dostrovsky)在海馬體中發現了一種神經細胞，這種神經細胞與老鼠在環境中的位置相關聯，他們稱這種細胞為位置細胞(Place Cells)。當且僅當大鼠在某個特定位置時，有些神經元才會高頻發放。位置細胞首先在海馬體的CA1區域發現，后來又在CA3區域發現。通過大量的實驗研究，奧基夫在1976年的文章指出，老鼠在環境中國移動通信集團造成位置細胞的激活，不是因為老鼠剛好在那個位置，也不是老鼠為了到那個位置去，而表現出的是一個認知過程，是對當前位置與環境的關聯，與行為無關、與動機或者外部激勵無關。
突觸變化
坎德爾通過無盾目縮鰓反射模型，發現對習慣化、敏感化和條件反射這樣最簡單的非陳述性記憶來說，短時記憶只改變現有的突觸聯結強度，而長時記憶則需要合成新的蛋白質和改變基因表達。此外，形成長時記憶還會產生新的突觸或消除某些舊的突觸，即神經元的解剖結構也會發生變化。因此他得出結論：短時記憶是突觸功能變化的結果，而長時記憶則還需要結構上的變化。
虛假記憶
2013年，史蒂夫·拉米雷茲（Steve Ramirez)和麻省理工學院的劉旭以及他的同事們發表于《科學》(Science)雜志上的一篇研究利用光遺傳學技術操縱了老鼠海馬體中保存記憶的細胞，成功在老鼠身上制造了虛假記憶。拉米雷茲和同事發現，用這種方式激活少量而精確的一小部分神經元細胞，會再度激活某一段記憶。他們把舊記憶與某種新情況組合起來，從而制造出虛假記憶。這種虛假記憶使得之前把疼痛恐懼與某一個地點聯系起來的老鼠，卻在另一個地點激活了這段疼痛記憶。此時的老鼠已經錯誤地把疼痛與另一個毫無關聯的地方聯系了起來。
相關人物
參考資料 >
Eric Kandel - Explore Biographical.nobelprize.2023-09-26
John O'Keefe.nobelprize.2023-09-26