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两篇Science揭示大脑定位系统确定自我和他者的空间位置机制
来源:生物谷   发布者:ailsa   日期:2018-01-17   今日/总浏览:1/2051

若要成功地成为社会动物,你需要知道你和他人所在的位置。如今,在一项新的研究中,来自日本理化学研究所脑科学研究所的研究人员鉴定出精确地执行这种功能---确定“自我(self)”和他者(“other”)在空间中的位置---的脑细胞。在大鼠中,存储这种动物自身位置的大脑区域(即海马体背侧CA1区域)也会记录其他大鼠的移动。取决于大鼠的目标和行动,有时这些位置呈现是由相同的细胞联合处理的。这一发现加深了我们对大脑中的海马体及其作为大脑定位系统所发挥的作用的理解。相关研究结果发表在2018年1月12日的Science期刊上,论文标题为“Spatial representations of self and other in the hippocampus”。

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图片来自RIKEN。

一段时间以来,人们已知道海马体维持着空间心理地图。海马体中的“位置细胞(place cell)”和“网格细胞(grid cell)”记录着大脑所有者在其环境中的位置,但是在此之前,人们对大脑如何追踪他者的移动知之甚少。研究人员通过观测一只大鼠(“自我”,这里指观察大鼠)观察另一只大鼠(“他者”,这里指被观察大鼠)经过一个简单的T型迷宫时的海马体神经元活动来对这一点进行测试。观察大鼠的神经元记录了被观察大鼠正在做的事情,并根据观察大鼠的位置和后续行动改变了它们的反应。发表在同期Science期刊上的另一项研究也报道了蝙蝠大脑也具有类似的位置感知。

海马体中的位置细胞仅在环境中的某些位置上才被激活(或者说活化),其中的一些位置细胞明显地偏好被观察大鼠的位置。除了活化的位置之外,海马体中的神经活动时间安排也是重要的。8赫兹左右的“刷新率”决定了神经元更新它们的活动的频率,这种现象被称作称为θ循环相移(theta-cycle phase precession)。四分之三的神经元根据被观察大鼠的位置而不仅是根据观察大鼠的位置进行更新。论文通信作者、理化学研究所脑科学研究所研究小组负责人Shigeyoshi Fujisawa说,“非常有趣的是,被观察大鼠的轨迹---即被观察大鼠在过去、现在和将来的位置---以100毫秒的周期压缩地呈现在观察大鼠的海马体中。”

在两个版本的T型迷宫中,观察大鼠不得不与被观察大鼠那样学着访问相同的或相反的T形迷宫臂。大多数神经元是“以目标为中心的”,指示目标的位置,但是少数神经元偏好指示被观察大鼠的位置,而不管它是否与目标位于同一侧。也有神经元当被观察大鼠或观察大鼠处于特定的空间位置时会被激活。Fujisawa说,“这些细胞是不会相互混淆的。我们能够重建一对大鼠(编者注:指的是观察大鼠和被观察大鼠)的移动路径,并且可靠地根据这些联合发挥作用的位置细胞的活动来破译出观察大鼠或被观察大鼠所在的位置。”

Fujisawa及其同事们提出,海马体具有四种不同的空间模型:第一种针对自我的位置,第二种针对他者的位置,第三种针对相对于自我和他者的位置进行调整的联合定位,第四种是当自我或他者在那里时就被激活的“共同(common)”位置。这扩展了海马体如何处理空间位置和记忆的现有认知图理论。 Fujisawa说,“我们认为海马体中的认知图不仅仅是确定自我的位置,还可确定其他人、动物或物体的位置,从而了解自身周围的空间环境。”(生物谷 Bioon.com)

原文出处:

Teruko Danjo, Taro Toyoizumi, Shigeyoshi Fujisawa. Spatial representations of self and other in the hippocampus. Science, 12 Jan 2018, 359(6372):213-218, doi:10.1126/science.aao3898

David B. Omer, Shir R. Maimon, Liora Las et al. Social place-cells in the bat hippocampus. Science, 12 Jan 2018, 359(6372):218-224, doi:10.1126/science.aao3474

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