大脑中的“保镖”:科学家发现了能够过滤和增强空间信号的细胞

在像维也纳这样复杂的环境中，你如何保持自我定位?你可以感谢你大脑的“全球定位系统”——海马体，因为它有了这种方向感。为了进一步了解它的功能，奥地利科学技术研究所(IST Austria)的科学家们在老鼠身上分析了GPS的单个神经元。他们发现所谓的颗粒细胞可以过滤并增强空间信息。研究人员最近发表了他们的研究结果神经元。

海马体是大脑中的一个区域，它包含许多帮助我们在太空中导航的神经元。这就导致了这一区域的绰号:大脑的GPS。大脑皮层的高级区域会发神经信息包裹传送到海马体以产生定位信号。然而，并非所有包都包含相关信息。因此，海马体需要有一个“保镖”来选择传入信号。这样的看门人可能是颗粒细胞，一种位于海马回路入口的神经元。

识别正确的细胞

奥地利IST教授Peter Jonas、Xiaomin Zhang和Alois Schlögl开始研究颗粒细胞中的神经元信号。然而，主要的问题是细胞识别。在过去，专家们不能保证他们正确地识别出这些细胞。该论文的第一作者张晓敏(音)说:“由于该区域密集分布着各种类型的神经元，识别颗粒细胞在技术上具有挑战性，而颗粒细胞正是我们感兴趣的细胞。”这使得很难将颗粒细胞的活动与位于同一区域的其他类型神经元的活动区分开来。此外，尽管颗粒细胞数量巨大，但它们的活性通常非常稀疏。因此,其他细胞类型更高的活动水平可能会占主导地位。

海马体的看门人

为了记录颗粒细胞的输入和输出信号，科学家们开发了一种新的记录技术和机器学习算法来解码这些信号。为了明确地识别这些神经元，在记录过程中，细胞中充满了示踪剂。总的来说，他们记录了近一百个颗粒细胞，产生了一个描述这种重要细胞类型活动的庞大数据集。他们发现大多数神经元接收空间信息。然而，只有少数神经元将这一空间信息传递给海马体的其余部分。因此，颗粒细胞确实扮演着看门人的角色。

空间信息处理

但是，颗粒细胞不仅选择信息，而且似乎也涉及信息处理。该团队发现颗粒细胞的输入宽，但输出更具选择性。上游皮质区域神经元通常是在环境的多个位置产生活动的网格细胞。相比之下，下游海马区域神经元通常是放置细胞，仅在单个位置射击。新的研究表明，颗粒细胞参与这种转化。“在简化的条件下，我们可以将颗粒单元视为将一个神经元语言转化为另一个神经元语言的单位，”乔纳斯解释道。

为未来节省计算能力

大多数颗粒细胞接受空间信息，但只有5%产生空间输出。张小敏解释说:“特别是具有更发达结构的神经元是活跃的，然而神经元不太成熟的结构保持沉默。”这样一个独特的设计，它的功能意义是什么细胞不是直接用于信息处理吗?科学家们认为，海马体的储存量最大颗粒细胞用于将来的转换和存储过程。

这项新研究突出了单细胞记录技术的力量。“我们的研究提供了关于大脑GPS和潜在的单神经元计算的内部工作的信息，”彼得·乔纳斯教授说。

---

---