Nature：揭示在空间导航期间参与导航路线校正的神经元亚群

在日常生活中的常规导航期间，我们的大脑会利用空间映射和记忆引导我们从A点到达B点。就像例行公事一样，在导航中犯了错误，就需要进行路线校正。如今，在一项新的研究中，来自美国哈佛医学院的研究人员在一个参与导航的大脑区域中发现了一组特定的神经元，当小鼠跑迷宫偏离路线并校正路线错误时，这组神经元会发生爆发性活动。相关研究结果于2023年7月19日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A cell-type-specific error-correction signal in the posterior parietal cortex”。

这些发现使得科学家们离理解导航的工作原理更近了一步，同时也提出了新的问题。这些问题包括这些神经元在导航过程中发挥的具体作用，以及它们在其他大脑区域中的作用。

论文共同通讯作者、哈佛医学院布拉瓦特尼克研究所神经生物学副教授Christopher Harvey说，“导航已经被研究了很多，但据我们所知，这是我们第一次发现这种类型的纠错信号。我认为这项研究为我们的导航研究增添了一个新方向。”

进行路线校正

为了理解导航，Harvey实验室一直在研究后顶叶皮层（posterior parietal cortex），这是一个靠近大脑后部的区域，参与空间推理以及学习和规划动作。这些作者说，构成该区域的细胞在很大程度上仍是一个黑盒子。

论文第一作者兼论文共同通讯作者、哈佛医学院神经生物学研究员Jonathan Green解释说，“该区域有多种不同的细胞类型，但当我们开始这个项目时，我们对这些细胞类型的作用还知之甚少。”

阐明这些不同细胞的作用，对于了解它们如何共同形成神经回路，为这个大脑区域的导航提供动力至关重要。

为了研究后顶叶皮层中的细胞类型，Green和Harvey求助于他们的同事、哈佛医学院神经生物学教授Michael Greenberg。他们借用了Greenberg实验室开发的一种工具，这种工具能让科学家们以更精确的方式标记细胞类型。他们利用病毒包膜将一种基因调控元件注入后顶叶皮层，诱导一个神经元亚群表达蓝色荧光蛋白。通过这种方法，他们选择性地标记了这些神经元，以监测它们的活动。

Sst44增强子驱动Calb2+和Hpse+ Sst神经元中的表达。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06357-1。

在对这些神经元进行标记后，这些作者使用了Harvey实验室开发的一种涉及将小鼠放在虚拟现实迷宫中的实验技术：小鼠在一个球上奔跑，而环绕的大屏幕则显示空间导航任务。在这种情况下，它们的任务是穿过一个 T 形迷宫，在一端找到奖励。在小鼠执行任务时，他们记录了后顶叶皮层中的神经活动。

这些作者发现，当小鼠在导航过程中犯错并进行路线校正时，这个神经元亚群会变得活跃。即使他们通过旋转迷宫或改变颜色提示来引导小鼠犯错，这种情况也会持续。但是，如果小鼠没有犯错，或者犯了错误但没有改正，这些神经元就不会放电。

当这些神经元开始活跃时，它们会一致地这样做，这促使使这些作者进行了一项后续实验，用光刺激这些细胞。他们发现，这些神经元之间基本上是硬连接的，这意味着告诉它们要发射的电流可以直接从一个细胞流向下一个细胞。

Harvey说，“这些神经元在小鼠偏离路线并必须返回以获得奖励的时刻一起激活，我们认为这意味着它们可能对学习或校正导航路线非常重要。”

更广泛的信号？

这些发现提供了诱人的证据，表明这个神经元亚群在帮助大脑校正导航错误方面发挥着至关重要的作用，不过这些作者急切地想深入探讨其中的原理和原因。

Harvey感兴趣的是，这种错误校正信号是否有助于大脑学习导航路线---他称之为“导航如何发生的拼图中缺失的一块”。为了探索这个想法，他们正在做实验：破坏这些神经元的活动，看看小鼠的导航能力会受到什么影响。

Green说，“我们想知道这种信号是否参与了每时每刻的校正，或者它是否在一个更长的时间尺度上通过帮助神经回路学习正确的动作来起作用。”

虽然这项研究是在小鼠身上完成的，但是Green指出，人类也有类似的细胞类型，因此“我们在小鼠身上看到的这种错误校正信号实际上可能与我们大脑中发生的情况非常相关”。不过，还需要更多的研究来证实情况是否如此。

有趣的是，这个神经元亚群也存在于与导航密切相关的其他大脑区域以及视觉皮层和海马体中，其中海马体是大脑中学习和记忆的中心。因此，Green希望研究这些神经元在这些其他大脑区域的作用，以了解它们是否在错误校正和学习中发挥着更广泛的作用。

这些作者还计划将他们的实验方法应用于后顶叶皮层中的其他神经元亚群---其中的许多神经元也存在于多个大脑区域，希望能找出更多具有特定功能的细胞类型。

Green说，“如果我们能了解所有这些神经元亚群在不同大脑区域中的作用，我们就有希望了解这些细胞的一些普遍功能，从而我们更接近于理解这些神经回路是如何在不同的大脑区域中重现的。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jonathan Green et al. A cell type specific error correction in signal posterior parietal cortexA cell type specific error correction in signal posterior parietal cortex. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06357-1.