Neuron | 深圳先進(jìn)院團(tuán)隊(duì)揭示自我中心編碼的細(xì)胞和亞細(xì)胞機(jī)制
確定空間信息的表征機(jī)制是理解空間信息處理的核心任務(wù)之一,也為學(xué)習(xí)記憶中空間場(chǎng)景處理原則提供重要的啟發(fā)。12月14日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦所研究員王成團(tuán)隊(duì)和南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院助理教授陳小菁團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在Neuron雜志發(fā)表題為Egocentric processing of items in spines, dendrites, and somas in the retrosplenial cortex 的研究論文,首次發(fā)現(xiàn)自我中心神經(jīng)元在突觸層次信息傳遞過(guò)程中呈現(xiàn)功能聚類,且不同場(chǎng)景募集獨(dú)立群體的自我中心神經(jīng)元。該研究對(duì)理解生物體如何編碼處理空間信息,構(gòu)建抽象的空間感知有重要啟發(fā)。
以自我中心(主觀視角)為參考系的外部物體編碼對(duì)于導(dǎo)航至關(guān)重要,因?yàn)榇蠖鄶?shù)感官刺激在這一坐標(biāo)系中表征(前后左右)。而人們廣為熟知的位置細(xì)胞、網(wǎng)格細(xì)胞和頭朝向細(xì)胞是以世界為中心編碼(客觀視角),涉及到類似于東西南北這樣的坐標(biāo)系。但是世界中心的編碼是建立在自我中心編碼的計(jì)算和轉(zhuǎn)換之上的。雖然近期在圍繞內(nèi)側(cè)顳葉導(dǎo)航和記憶系統(tǒng)的大腦區(qū)域中對(duì)自我中心表征已有初步報(bào)道,但關(guān)于自我中心編碼如何處理相同或不同場(chǎng)景中的不同物體仍然所知甚少。例如,位置細(xì)胞在不同環(huán)境或行為場(chǎng)景中顯示不同的位置場(chǎng)(重映射現(xiàn)象,remapping),這對(duì)于消除記憶的干擾,編碼盡可能多的場(chǎng)景至關(guān)重要。對(duì)于自我中心編碼來(lái)說(shuō),重新映射是一個(gè)挑戰(zhàn),因?yàn)槲覀冎車(chē)奈矬w數(shù)量巨大,而世界中心編碼在一個(gè)時(shí)刻只需要編碼一個(gè)整體環(huán)境。
王成研究員和陳小菁助理教授長(zhǎng)期從事空間信息處理的神經(jīng)機(jī)制研究,團(tuán)隊(duì)在前期的工作發(fā)現(xiàn)海馬體的主要輸入腦區(qū)——外側(cè)內(nèi)嗅皮層和內(nèi)側(cè)內(nèi)嗅皮層分別采用自我中心(主觀)和世界中心(客觀)參考系編碼空間信息,該成果在2018年發(fā)表于Science雜志。為了進(jìn)一步研究多場(chǎng)景多物體的自我中心編碼機(jī)制,團(tuán)隊(duì)在曠場(chǎng)自由覓食導(dǎo)航任務(wù)、虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航任務(wù)中使用了在體單/雙光子顯微鏡技術(shù),并記錄和研究了細(xì)胞胞體、樹(shù)突(dendrite)、和樹(shù)突棘(spine)中的自我中心表征。樹(shù)突棘的活動(dòng)特征反映了突觸前輸入的功能屬性,而樹(shù)突的活動(dòng)特性反應(yīng)了突觸后對(duì)輸入進(jìn)行整合的性質(zhì)。
結(jié)果揭示了樹(shù)突中具有顯著自我中心調(diào)諧的功能聚類,這表明可能存在專門(mén)的神經(jīng)功能通道用于處理編碼不同場(chǎng)景中物體的自我中心信息。為了檢驗(yàn)這些細(xì)胞是否還表征不同場(chǎng)景中的物體,作者又進(jìn)一步比較了在兩個(gè)任務(wù)中不同物體的自我中心編碼,發(fā)現(xiàn)在截然不同的空間導(dǎo)航任務(wù)中,相互獨(dú)立群體的神經(jīng)元編碼不同場(chǎng)景中的物體。即一個(gè)細(xì)胞屬于自我中心邊界細(xì)胞(編碼曠場(chǎng)中的環(huán)境邊界)和自我中心地標(biāo)細(xì)胞(編碼虛擬現(xiàn)實(shí)世界中的地標(biāo))的概率與兩個(gè)維度獨(dú)立編碼的預(yù)期一致。這些發(fā)現(xiàn)支持自我中心表征采用labeled line編碼的觀點(diǎn),即有專門(mén)的細(xì)胞群體專門(mén)處理不同場(chǎng)景中的不同物體,而不是分布式的群體編碼。
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所助理研究員程寧,研究助理董奇琦,張真博士(博士后已出站)為共同第一作者,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦所研究員王成和南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院助理教授陳小菁為論文共同通訊作者。該研究是在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、科技部腦計(jì)劃重大專項(xiàng)、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、深圳市抑郁障礙精準(zhǔn)診療重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等資助下完成。

自我中心神經(jīng)元在突觸層次信息傳遞的功能聚類原則

不同場(chǎng)景募集獨(dú)立群體的自我中心神經(jīng)元
附件下載: