人腦中發(fā)現(xiàn)新型神經(jīng)元：功能竟然是大腦里的GPS！

由荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)研究者Jeroen Bos、Martin Vinck以及Cyriel Pennartz領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)近期鑒定了一種新型神經(jīng)元，可能在人類環(huán)境導(dǎo)航能力中扮演重要角色。該發(fā)現(xiàn)有助于更進(jìn)一步理解大腦在更大尺度上編碼導(dǎo)航行為的方式，可能為類似阿茲海默癥等空間定向感受損病人提供新的治療策略。該研究已發(fā)表在近期的自然通訊雜志上。

每天全球數(shù)十億人都成功在環(huán)境中導(dǎo)航，比如去上班或者回家。這樣的旅程一般不會(huì)花費(fèi)多少心思，主要依靠大腦使用環(huán)境整體信息進(jìn)行定位的能力。這種進(jìn)行細(xì)致位置評(píng)估的能力位于海馬體內(nèi)，即位于顳葉的海馬形狀的結(jié)構(gòu)。研究者先前已證實(shí)導(dǎo)航的精確機(jī)制包括海馬體位置細(xì)胞，這種細(xì)胞可根據(jù)主體所在位置增強(qiáng)或減弱電信號(hào)。然而，在日常通勤中，人們不需要對(duì)順序經(jīng)過的房間進(jìn)行詳細(xì)的表達(dá)，反而只利用粗糙信息就足夠了。

在當(dāng)前研究基礎(chǔ)上，該研究的研究者研究了腦內(nèi)編碼導(dǎo)航知識(shí)的規(guī)模程度，看是否這一過程的確發(fā)生在顳葉不同結(jié)構(gòu)中。研究者訓(xùn)練小鼠在兩個(gè)在中間重疊環(huán)路的迷宮中進(jìn)行視覺引導(dǎo)的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)中，研究者利用一種能同時(shí)記錄不同部位多組神經(jīng)元活動(dòng)的新型儀器測(cè)量腦部的電信號(hào)，記錄了鼻周皮層、海馬體以及兩個(gè)感知區(qū)域的信號(hào)。鼻周皮層的記錄具有持續(xù)的活動(dòng)模式，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，因小鼠所處地段不同，電信號(hào)也會(huì)上升或者下降。

第一作者Jeroen Bos說道：“我們發(fā)現(xiàn)鼻周皮層和其他腦部區(qū)域的響應(yīng)之間有顯著的區(qū)別。鼻周皮層單元在整個(gè)環(huán)路中有持續(xù)的響應(yīng)，而相對(duì)的，海馬體位置細(xì)胞的響應(yīng)分散于整個(gè)迷宮，區(qū)域比迷宮的環(huán)路小得多。我們很驚訝地發(fā)現(xiàn)鼻周皮層的響應(yīng)與迷宮對(duì)應(yīng)得這么接近，主要可能是因?yàn)檫@一區(qū)域通常與目標(biāo)識(shí)別有關(guān)。這似乎是一種新型的神經(jīng)元，我們非正式地稱之為‘鄰域細(xì)胞’。這種神經(jīng)元似乎使大腦明確區(qū)分環(huán)境中的獨(dú)特區(qū)域。”

該團(tuán)隊(duì)的研究成果提供大腦在更大尺度上如何編碼導(dǎo)航行為的初步研究，可能尤其與空間定向能力受損的人有關(guān)。大尺度鼻周編碼不同于更小尺度的海馬體編碼。認(rèn)知系統(tǒng)與神經(jīng)科學(xué)教授Cyriel Pennartz解釋道：“我們知道阿茲海默病人或者顳葉損傷病人很難認(rèn)路，特別是遠(yuǎn)路。我們的新發(fā)現(xiàn)與先前有關(guān)研究并不沖突，比如海馬體受損的倫敦出租車司機(jī)。雖然司機(jī)也能在城市中導(dǎo)航，但很大程度上依賴于主路，如果在小巷中就會(huì)很容易迷路。這有可能就是司機(jī)利用鼻周皮層進(jìn)行全局定向，但無法利用海馬體中的細(xì)粒度位置場(chǎng)進(jìn)行局部精細(xì)導(dǎo)航了。”

該研究除了能為不同尺度空間導(dǎo)航腦部機(jī)理提供新的理解，還能引導(dǎo)為患有阿茲海默或其他空間導(dǎo)航能力受損疾病的病人研發(fā)新的治療方法，指明鼻周皮層是治療的目標(biāo)。最后，神經(jīng)替換設(shè)備和輔助機(jī)器人研究也可能從中受益。