大脑的关键区域是如何结合视觉和空间信息进行导航的
当我们穿过我们社区的街道时，我们经常使用熟悉的地标来帮助我们导航。当我们对自己说，“好，现在在咖啡店左转”时，大脑中一个叫做脾后皮层(RSC)的部分就会亮起来。
虽然许多研究已经将这一大脑区域与基于路标的导航联系起来，但它究竟是如何帮助我们找到路的，我们还没有很好地了解。麻省理工学院神经科学家的一项新研究揭示了其中的原因神经元在RSC中使用视觉和空间信息编码特定的地标。
“这些信号中有一些是合成的视觉输入和身体动作 - 代表地标等概念，“大脑和认知科学助理教授和麻省理工学院麦戈尔恩大脑研究所的成员”马克哈纳说。“我们在这项研究中出现了什么是神经元级和人口 -空间导航的这些不同方面的级别表示。“
在对小鼠的一项研究中，研究人员发现，通过将关于周围环境的视觉信息与小鼠沿着轨道的空间反馈相结合，该脑区域通过与小鼠自己的位置的空间反馈组合来创造“地标代码”。整合这两个信息来源允许小鼠基于他们看到的地标学习奖励的地方。
“我们相信,这段代码中,我们发现,这是锁着的地标,也给动物一种区分地标,有利于动物的能力使用这些地标找到回报,”麻省理工学院博士后卢卡斯费舍尔说,该研究的第一作者。
Harnett是今天发表在杂志上的这项研究的资深作者eLife。其他提交人是研究生劳尔莫吉卡佐历和最近的麻省理工学院毕业生弗里德里克里奇。
编码地标
以前的研究发现，对于RSC造成伤害的人们难以从一个地方到另一个地方找到他们的方式，即使他们仍然可以识别他们的周围环境。RSC也是在阿尔茨海默氏症患者影响的第一个区域之一，他们经常遇到难以导航。
RSC楔入主视觉皮层和电机皮质之间，它从这些区域的两个区域接收。它还似乎涉及组合两种类型的空间 - 同性量，这意味着彼此对象的关系，并且是自我监控的关系，这意味着对象对观众的关系。
“证据表明，RSC真的是一个你对这些不同的参考框架融合的地方，”Harnett说。“当我在房间里移动时，事情看起来不同，但这是因为我的有利点已经改变了。他们不会相互改变。”
在这项研究中，麻省理工学院组织旨在分析小鼠中单个RSC神经元的行为，包括如何整合有助于导航的多个输入。为此，他们通过允许他们在跑步机上观察时跑到跑步机上为小鼠创建了虚拟现实环境视频屏幕这让他们看起来像是在沿着一条轨道跑。视频的速度是由老鼠跑得多快决定的。
在沿着赛道的具体点，地标出现，发出信号传染，奖励在地标之外可以获得一定的距离。小鼠必须学会区分两种不同的地标，并学会他们不得不跑奖励的每一个超出每个不同的地标。
一旦小鼠学到了这项任务，研究人员记录了神经活动在RSC中，动物沿着虚拟轨道跑了。他们一次能够一次从几百神经元记录，发现大多数人都将他们的活动锚定到任务的特定方面。
有三个主要的锚点：试验开始，地标和奖励点。大多数神经元都锚定到地标，这意味着他们的活动将在相对于地标的特定点一致地达到峰值，比如在它之前50厘米或20厘米。
大多数那些神经元都回应了两个地标，但是一个小的子集只响应一个或另一个。研究人员假设那些强烈的选择性神经元有助于小鼠区分地标并运行正确的距离以获得奖励。
当研究人员使用光遗传学(一种可以关闭神经元活动的工具)来阻止RSC的活动时，老鼠的任务表现变得更糟。
结合输入
研究人员还做了一个实验，在视频以恒定的速度播放时，老鼠可以选择跑还是不跑，这与老鼠的运动无关。老鼠仍然可以看到地标，但地标的位置不再与奖励或动物自己的行为有关。在这种情况下，RSC神经元确实对地标做出了反应，但没有老鼠使用地标导航时的反应强烈。
进一步的实验允许研究人员只需通过视觉输入（看台标志）和通过对鼠标自身运动的反馈产生了多少神经元激活。然而，只需添加那些两个数字，总计远低于小鼠在主动导航轨道时看到的神经元活性远低得多。
费舍尔说:“我们认为，这是这些输入的非线性整合机制的证据，在这种机制下，它们以一种方式组合在一起，产生的响应比你仅仅以线性方式将这两个输入相加得到的响应更大。”
研究人员现在计划分析他们已经收集的数据，因为神经元活动如何随着时间的推移而发展老鼠学习任务。他们还希望能够进行进一步的实验，他们可以尝试将视觉和空间输入分别测量到RSC神经元的不同位置。
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