我在哪里？科学家解析小鼠大脑的定位系统学术资讯

▲图中为论文中提及的小鼠海马体中的4种空间模型。

为了成为一个成功的社交动物，你需要知道自己所在之处与他人的相对位置。日本RIKEN脑科学研究所在小鼠的海马体中，发现了能够精确执行自我定位和定位“他鼠”功能的脑细胞。小鼠大脑中的同一区域既能储存自身的位置，也能映射其他老鼠的行迹。这一功能是否在相同脑细胞的共同作用下实现，取决于小鼠活动的目标和行为。这一发现将加深我们对海马体及其在大脑定位系统中作用的认识。相关研究结果发表于1月 11日出版的《科学》中，论文中同时包括了蝙蝠脑细胞类似的定位行为案例。

一段时间以来，科学家认为海马体中保存有一幅内在的空间地图。海马体中的“位置细胞”和“网格细胞”可以记录个体在其所处环境中的位置。但直到现在，科学家们对个体如何在大脑中追踪其他个体知之甚少。通过观测一只小鼠（即“自鼠”）在观察另一只小鼠（“他鼠”）通过一个简单的T型迷宫时海马体神经的运行状况，研究人员对此疑问进行了研究。结果发现，“自鼠”的脑神经记录了“他鼠”的行为，并根据自己的位置和后续行为改变了其相对响应。

海马体中的“位置细胞”只在个体处于特定位置时起作用。其中，部分“位置细胞”更倾向于记录“他鼠”的位置。除了会被特定位置激活外，海马体神经活动的校时也十分重要。大约8Hz的“刷新率”决定了神经活动的更新频率，这就是所谓的θ周期阶段岁差（theta-cycle phase precession）。四分之三的位置细胞根据“他鼠”的位置来更新定位信息，而非仅仅依靠自身的位置信息。“非常有趣的是，‘他鼠’的行迹（包括之前、现在以及之后）以100毫秒/循环的速度在‘自鼠’的海马体中闪现。”RIKEN脑科学研究所该项目的主持者Shigeyoshi Fujisawa讲道。

在两个版本的迷宫中，“自鼠”必须像“他鼠”那样学会钻进同一T型迷宫以及另一对向T型迷宫。大多数的神经元都是“目标锁定”的——按照行进目标发出信号，但也有少部分的神经元倾向于反馈“他鼠”的位置——不论它的行迹是否与自己的目标符合。此外，还有一些细胞无论“自鼠”和“他鼠”是否在特定的空间位置时，都会被激活。“这些细胞并不‘傻’，”Fujisawa说道，“我们可以重新构建“自鼠”和“他鼠”的行进路径，并依据这些共作用细胞的活动可靠地解析出它们所处的位置。”

Fujisawa及其同事认为海马体中有4种不同的空间位置模型。第一种是用于自身定位，第二种是用于定位对方，第三种是用于调整自身和对方所处的共同位置，第四种则是在自身或对方出现于“普遍位置”时被启用（如图所示）。这一结论拓展了认知地图理论，即海马体是如何处理空间位置和记忆信息的。Fujisawa说：“我们认为海马体中的认知地图并非局限于个体定位自身，同时也对定位其他人、动物或者物体以及分析自体周围的空间环境有作用。”

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编译：雷鑫宇审稿：alone编辑：张梦

来源：https://www.sciencedaily.com