Neuron | 深圳先進院團隊揭示自我中心編碼的細胞和亞細胞機制
確定空間信息的表征機制是理解空間信息處理的核心任務之一,也為學習記憶中空間場景處理原則提供重要的啟發(fā)。12月14日,中國科學院深圳先進技術研究院腦所研究員王成團隊和南方科技大學生命科學學院助理教授陳小菁團隊聯(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)自我中心神經元在突觸層次信息傳遞過程中呈現(xiàn)功能聚類,且不同場景募集獨立群體的自我中心神經元。該研究對理解生物體如何編碼處理空間信息,構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于導航至關重要,因為大多數感官刺激在這一坐標系中表征(前后左右)。而人們廣為熟知的位置細胞、網格細胞和頭朝向細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系。但是世界中心的編碼是建立在自我中心編碼的計算和轉換之上的。雖然近期在圍繞內側顳葉導航和記憶系統(tǒng)的大腦區(qū)域中對自我中心表征已有初步報道,但關于自我中心編碼如何處理相同或不同場景中的不同物體仍然所知甚少。例如,位置細胞在不同環(huán)境或行為場景中顯示不同的位置場(重映射現(xiàn)象,remapping),這對于消除記憶的干擾,編碼盡可能多的場景至關重要。對于自我中心編碼來說,重新映射是一個挑戰(zhàn),因為我們周圍的物體數量巨大,而世界中心編碼在一個時刻只需要編碼一個整體環(huán)境。
王成研究員和陳小菁助理教授長期從事空間信息處理的神經機制研究,團隊在前期的工作發(fā)現(xiàn)海馬體的主要輸入腦區(qū)——外側內嗅皮層和內側內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。為了進一步研究多場景多物體的自我中心編碼機制,團隊在曠場自由覓食導航任務、虛擬現(xiàn)實導航任務中使用了在體單/雙光子顯微鏡技術,并記錄和研究了細胞胞體、樹突(dendrite)、和樹突棘(spine)中的自我中心表征。樹突棘的活動特征反映了突觸前輸入的功能屬性,而樹突的活動特性反應了突觸后對輸入進行整合的性質。
結果揭示了樹突中具有顯著自我中心調諧的功能聚類,這表明可能存在專門的神經功能通道用于處理編碼不同場景中物體的自我中心信息。為了檢驗這些細胞是否還表征不同場景中的物體,作者又進一步比較了在兩個任務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航任務中,相互獨立群體的神經元編碼不同場景中的物體。即一個細胞屬于自我中心邊界細胞(編碼曠場中的環(huán)境邊界)和自我中心地標細胞(編碼虛擬現(xiàn)實世界中的地標)的概率與兩個維度獨立編碼的預期一致。這些發(fā)現(xiàn)支持自我中心表征采用labeled line編碼的觀點,即有專門的細胞群體專門處理不同場景中的不同物體,而不是分布式的群體編碼。
中國科學院深圳先進技術研究院腦認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,中國科學院深圳先進技術研究院腦所研究員王成和南方科技大學生命科學學院助理教授陳小菁為論文共同通訊作者。該研究是在國家自然科學基金面上項目、科技部腦計劃重大專項、廣東省自然科學基金項目、深圳市抑郁障礙精準診療重點實驗室等資助下完成。

自我中心神經元在突觸層次信息傳遞的功能聚類原則

不同場景募集獨立群體的自我中心神經元
附件下載: