埃及果蝠大腦中新發(fā)現(xiàn)的方向和距離神經(jīng)細(xì)胞

計(jì)算特定目標(biāo)的距離和方向的細(xì)胞首次在大腦的海馬體中被識別出來，讓科學(xué)家們更好地了解哺乳動物的導(dǎo)航方式。

來自以色列魏茨曼科學(xué)研究所的Nachum Ulanovsky及其同事通過無線方式測量了大腦神經(jīng)活動，同時(shí)訓(xùn)練了蝙蝠導(dǎo)航到特定目標(biāo)。他們發(fā)現(xiàn)大腦海馬中有58個神經(jīng)元 - 以其在記憶和導(dǎo)航中的作用而聞名 - 根據(jù)蝙蝠相對于目標(biāo)方向的運(yùn)動而發(fā)射。當(dāng)蝙蝠接近目標(biāo)時(shí)，另外49個細(xì)胞被射擊。

幾十年來，研究人員已經(jīng)知道大腦中含有特定的細(xì)胞 - 稱為位置，網(wǎng)格和頭部方向細(xì)胞 - 代表動物自身的位置和方向。但他們不知道導(dǎo)航目標(biāo)是如何在大腦中編碼的。

“在神經(jīng)元水平上研究導(dǎo)航是我們可以用來了解大腦如何執(zhí)行與行為相關(guān)的計(jì)算的最佳模型之一，例如距離，方向和速度，”該研究的共同作者之一Ayelet Sarel說。“我們可以學(xué)習(xí)關(guān)于大腦如何通過其導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的一般概念，”她補(bǔ)充道。

烏蘭諾夫斯基的團(tuán)隊(duì)在埃及果蝠的大腦中植入了微小的電極，這些電極無線記錄了位于海馬區(qū)域的309個神經(jīng)元的活動，稱為CA1。這些蝙蝠經(jīng)過訓(xùn)練，能夠在一個大房間內(nèi)以復(fù)雜的軌跡飛行并降落在一個著陸點(diǎn)上。

海馬體中“目標(biāo)方向”和“目標(biāo)距離”細(xì)胞的存在表明動物通過用向量表示其目標(biāo)來導(dǎo)航：表示動物與目標(biāo)位置之間的方向和距離的線。“雖然這個想法已經(jīng)存在多年，完全基于行為證據(jù)，但我們的研究是第一個展示能夠支持使用向量的目標(biāo)導(dǎo)向?qū)Ш降纳窠?jīng)元，”Sarel說。

Sarel說，了解大腦的導(dǎo)航系統(tǒng)可以提高對阿爾茨海默病等病癥的認(rèn)識，其中海馬受損，患者在太空中的方向受到影響。

“盡管進(jìn)行了數(shù)十年的研究，但在嚙齒動物海馬中尚未發(fā)現(xiàn)具有相似活動模式的細(xì)胞，這可能表明支持大鼠和蝙蝠目標(biāo)導(dǎo)向的認(rèn)知機(jī)制存在關(guān)鍵差異，”倫敦大學(xué)學(xué)院認(rèn)知研究所的丹尼爾布什說。神經(jīng)科學(xué)。

“這些發(fā)現(xiàn)將使我們能夠產(chǎn)生新的哺乳動物導(dǎo)航理論模型，更好地通過了解大腦如何編碼重要目標(biāo)的相對位置來約束。”

該研究提出了該團(tuán)隊(duì)希望調(diào)查的更多問題。他們希望進(jìn)一步了解動物如何在野外航行，它們?nèi)绾卧诮o定時(shí)間代表多個目標(biāo)，以及如何根據(jù)環(huán)境變化修改這些表示。

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