在靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的海馬（HPC）中發(fā)現(xiàn)了被特定環(huán)境視圖選擇性激活的細(xì)胞。視圖細(xì)胞是否存在于大腦的其他區(qū)域，以及它們?nèi)绾闻c位置和物體特征的編碼相互作用，目前尚不清楚。加拿大西安大略大學(xué)研究人員通過(guò)記錄獼猴使用操縱桿導(dǎo)航環(huán)境時(shí)的海馬和外側(cè)前額葉皮層（LPFC）中的神經(jīng)元的反應(yīng)來(lái)探索這些問(wèn)題。

他們的成果“View cells in the hippocampus and prefrontal cortex of macaques during virtual navigation”發(fā)表在近期的Hippocampus雜志上。

研究發(fā)現(xiàn)，在具有復(fù)雜和動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激的虛擬環(huán)境中導(dǎo)航時(shí)，在HPC和LPFC兩個(gè)區(qū)域都發(fā)現(xiàn)了視圖細(xì)胞。大多數(shù)視圖細(xì)胞不受改變對(duì)象顏色或環(huán)境線(xiàn)索的影響，然而，有一小部分視圖細(xì)胞對(duì)這兩種特征表現(xiàn)出選擇性。視圖細(xì)胞可能為日間活動(dòng)的靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物通過(guò)凝視探索來(lái)編碼環(huán)境的復(fù)雜性和布局，最終能夠建立指導(dǎo)導(dǎo)航的空間認(rèn)知地圖。

實(shí)驗(yàn)裝置

猴子坐在電腦顯示器前定制的靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物椅子上（眼睛-屏幕距離：80厘米；視角：32°×24°；分辨率：1280×1024，刷新率為75 Hz）。通過(guò)使用雙軸操縱桿在虛擬環(huán)境任務(wù)中導(dǎo)航（圖1a）。

任務(wù)

X形迷宮的兩端各有一個(gè)“Y”型走廊。猴子使用操縱桿從迷宮的一端導(dǎo)航到另一端。當(dāng)猴子到達(dá)分支點(diǎn)（決策點(diǎn)）時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)彩色圓盤(pán)。猴子在兩個(gè)顏色的圓盤(pán)之間做出選擇（圖1b）。然后，猴子必須導(dǎo)航到一個(gè)圓盤(pán)上（目標(biāo)）才能獲得相應(yīng)的果汁獎(jiǎng)勵(lì)。獎(jiǎng)勵(lì)的大小由環(huán)境線(xiàn)索決定，即應(yīng)用在迷宮墻壁上的兩種紋理，木木墻意味著目標(biāo)是藍(lán)色的圓盤(pán)，鋼墻意味著目標(biāo)是綠色的圓盤(pán)。因?yàn)楣獗P(pán)的顏色每天都會(huì)變化，新的顏色是隨機(jī)的，不會(huì)與上一輪試驗(yàn)重復(fù)，猴子必須將環(huán)境和顏色關(guān)聯(lián)起來(lái)，才能執(zhí)行任務(wù)。光盤(pán)顏色對(duì)應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)的高、中、低等級(jí)值（相對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)值分別為100%、50%和0%）。在HPC實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)環(huán)節(jié)使用三個(gè)顏色的圓盤(pán)。在LPFC實(shí)驗(yàn)中，使用兩種顏色（高獎(jiǎng)勵(lì)和低獎(jiǎng)勵(lì)）（圖1c）。

圖1猴子在虛擬環(huán)境中執(zhí)行環(huán)境-對(duì)象關(guān)聯(lián)任務(wù)

HPC和LPFC中的視圖細(xì)胞

記錄了獼猴的右側(cè)海馬體（HPC）神經(jīng)元和左側(cè)外側(cè)前額葉皮層（LPFC）神經(jīng)元。研究發(fā)現(xiàn)，在決策期間，選擇性神經(jīng)元的比例比導(dǎo)航期間高。視圖而不是注視屏幕的位置驅(qū)動(dòng)了神經(jīng)元的選擇性。并且，大多數(shù)對(duì)虛擬視圖具有選擇性的神經(jīng)元不受虛擬位置的影響。

圖2 在導(dǎo)航期間，HPC和LPFC細(xì)胞對(duì)決策點(diǎn)的虛擬視圖的響應(yīng)更快

圖3大多數(shù)對(duì)虛擬視圖的選擇性神經(jīng)元不受虛擬位置（迷宮的北端或南端）的影響

對(duì)象特征的選擇性

研究中使用了兩種非空間特征，圓盤(pán)的顏色和環(huán)境紋理。研究發(fā)現(xiàn)，在HPC和LPFC的一些個(gè)體神經(jīng)元對(duì)不同的顏色（圖5a）或不同的環(huán)境線(xiàn)索有不同的反應(yīng)（圖5b）。

圖5 對(duì)虛擬視圖和可見(jiàn)特征有選擇性的神經(jīng)元

圖6虛擬視圖選擇細(xì)胞可以對(duì)對(duì)象的顏色和環(huán)境線(xiàn)索的視覺(jué)特征進(jìn)行選擇

視圖和對(duì)象交互

研究提出，任務(wù)相關(guān)刺激可能會(huì)在決策期間驅(qū)動(dòng)大量的選擇性視圖神經(jīng)元，但改變視圖中的一些任務(wù)相關(guān)參數(shù)似乎對(duì)大多數(shù)視圖神經(jīng)元影響不大，只有一小部分被顏色或環(huán)境調(diào)節(jié)。

結(jié)論

研究描述了獼猴在虛擬環(huán)境中導(dǎo)航的HPC和LPFC中的視圖細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)視圖細(xì)胞不是HPC獨(dú)有的，它們可能在新皮層的執(zhí)行區(qū)域中占更大的比例，如LPFC。視圖細(xì)胞可能與指導(dǎo)情景性長(zhǎng)期記憶的認(rèn)知地圖的形成有關(guān)，代表了靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物導(dǎo)航底層的信息處理的分布特性。HPC和LPFC之間的相互作用被認(rèn)為是情景記憶形成的基礎(chǔ)。未來(lái)的研究應(yīng)解決這些區(qū)域之間信息傳遞的時(shí)間動(dòng)態(tài)。

文章中使用了Cerebus 多通道神經(jīng)信號(hào)采集系統(tǒng)（Blackrock Microsystem）。Cerebus系統(tǒng)是記錄和分析大腦和周邊神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集硬件和軟件系統(tǒng)，是用于動(dòng)物神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便。

無(wú)線(xiàn)微型放大器

文章鏈接：

https://doi.org/10.1002/hipo.23534

參考文獻(xiàn)

Corrigan BW, Gulli RA, Doucet G, et al. View cells in the hippocampus and prefrontal cortex of macaques during virtual navigation. Hippocampus. 2023;33(5):573-585. doi:10.1002/hipo.23534

標(biāo)簽：腦科學(xué)