蜂巢迷宫揭示海马体在导航决策中的作用
伦敦大学学院塞恩斯伯里威康中心的研究人员发现，海马体创造了一种基于矢量的表征，以支持动物做出最佳的导航决策。
今日出版于自然，研究人员报告的结果对解决海马体如何地方的细胞有助于灵活导航．他们报告说，在航行到一个目标，地点细胞除了已经确定的动物当前位置的表示外，还可以表示目标的方向和距离信息。他们利用蜂巢迷宫(一种行为装置)揭示了这种目标导向的信息，蜂巢迷宫将通往目标的导航分解为一系列的二元选择。
迷宫由61个独立的可抬升平台组成。而在每个单独的平台上，老鼠可以选择两个相邻的平台向目标移动，为了成功，它应该选择最接近目标方向的一个。动物继续进行这些迭代的选择，直到达到目标。因此，这项任务允许系统地分析动物在向目标前进过程中所做的导航决策。在每个选择点，位置细胞报告方向和距离的目标，以及动物的当前位置。
“蜂巢迷宫与神经科学中的其他行为任务非常不同，因为我们可以用它向动物展示一系列平台的选择，以导航到一个目标。这让我们可以在导航过程中观察迭代决策，”O'Keefe实验室高级研究员、论文第一作者Jake Ormond博士说。
当大鼠参与蜂巢迷宫任务时，奥蒙德博士和约翰·奥基夫(John O’keefe)教授记录了位置细胞，这是奥基夫教授最先发现的一类神经元，它们共同构成了空间的内部表征。通过这些记录，他们可以观察到空间表征与局部细胞活动的空间活动之间的关系。
单个位置细胞的子组的活动创建了一个指向未标记位置的向量场，称为收敛汇(consink)，分布在迷宫和周围空间中，但集中在目标附近。在地方细胞种群水平上，整个向量场从迷宫上的每个点指向目标位置，提供了一个信号，动物可以跟随它到达目标。
“当我们观察所有细胞的放电速率时，我们发现当动物面对目标时，细胞群的放电最强烈。我们还发现，个体的位置细胞有偏好的位置，我们将其命名为consink。这些consink分布在整个环境中，但它们集中在目标周围的密度最大，”奥蒙德博士评论道。
然而，除此之外，射击还提供了其他方向的信息，并根据它们在不能直接接近的情况下如何将它们带向目标进行排名。例如，偏离目标方向45°的方向比偏离目标方向90°的方向更好。这种信号的存在回答了一个问题:当直接通路被阻塞时，动物如何找到通往目标的路。
如果这些种群向量信号对于导航到目标是有用的，那么当目标位置改变时，它们应该以适当的方式改变。这正是实验者的发现。在重新训练动物寻找新目标后，矢量场和consink向新目标移动，并随着进一步的经验继续向新目标移动。
同样重要的是，如果这个海马体的表征被用于导航，那么动物完成任务的能力和海马体对目标方向的表征之间应该有很好的相关性。奥蒙德和奥基夫发现，在错误试验中，海马的信号不再指向目标，而是指向另一个方向，导致动物犯错。
研究表明，海马位置细胞正在形成一个基于向量的表示，以支持导航决策。向量被定义为同时具有方向和长度，向量字段在环境中的每个位置提供一个向量。重要的是，只有在细胞群水平上，向量场才指向目标:海马体作为一个整体来支撑导航。
研究人员的下一步是探索ConSink的位置是如何由环境中的特定线索和动物自己产生的关于它走了多远和多快的路径整合信号决定的。他们还计划利用行为任务来探索大脑中与空间导航有关的其他区域，包括与海马体相邻的亚骨区和包含网格细胞的内嗅皮层。这种实验范式非常适合于解剖海马体在阿尔茨海默氏症动物模型中的作用，在动物模型中，无法灵活导航是该疾病的早期迹象之一。
奥基夫教授说:“多年来我们都知道海马体对灵活导航至关重要，这项研究是我们了解海马体如何做到这一点的重要一步。在接下来的几年里，我们希望了解海马形成中的不同空间细胞类型如何有助于构建这种基于向量的表征。我们还相信，导航过程中ConSink位置细胞的记录将为阿尔茨海默氏症小鼠模型的缺陷解剖提供一个强大的工具。”
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