兩篇Science揭示大腦定位系統確定自我和他者的空間位置機制

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若要成功地成為社會動物，你需要知道你和他人所在的位置。如今，在一項新的研究中，來自日本理化學研究所腦科學研究所的研究人員鑒定出精確地執行這種功能---確定「自我（self）」和他者（「other」）在空間中的位置---的腦細胞。在大鼠中，存儲這種動物自身位置的大腦區域（即海馬體背側CA1區域）也會記錄其他大鼠的移動。取決於大鼠的目標和行動，有時這些位置呈現是由相同的細胞聯合處理的。這一發現加深了我們對大腦中的海馬體及其作為大腦定位系統所發揮的作用的理解。相關研究結果發表在2018年1月12日的Science期刊上，論文標題為「Spatial representations of self and other in the hippocampus」。

圖片來自RIKEN。

一段時間以來，人們已知道海馬體維持著空間心理地圖。海馬體中的「位置細胞（place cell）」和「網格細胞（grid cell）」記錄著大腦所有者在其環境中的位置，但是在此之前，人們對大腦如何追蹤他者的移動知之甚少。研究人員通過觀測一隻大鼠（「自我」，這裡指觀察大鼠）觀察另一隻大鼠（「他者」，這裡指被觀察大鼠）經過一個簡單的T型迷宮時的海馬體神經元活動來對這一點進行測試。觀察大鼠的神經元記錄了被觀察大鼠正在做的事情，並根據觀察大鼠的位置和後續行動改變了它們的反應。發表在同期Science期刊上的另一項研究也報道了蝙蝠大腦也具有類似的位置感知。

海馬體中的位置細胞僅在環境中的某些位置上才被激活（或者說活化），其中的一些位置細胞明顯地偏好被觀察大鼠的位置。除了活化的位置之外，海馬體中的神經活動時間安排也是重要的。8赫茲左右的「刷新率」決定了神經元更新它們的活動的頻率，這種現象被稱作稱為θ循環相移（theta-cycle phase precession）。四分之三的神經元根據被觀察大鼠的位置而不僅是根據觀察大鼠的位置進行更新。論文通信作者、理化學研究所腦科學研究所研究小組負責人Shigeyoshi Fujisawa說，「非常有趣的是，被觀察大鼠的軌跡---即被觀察大鼠在過去、現在和將來的位置---以100毫秒的周期壓縮地呈現在觀察大鼠的海馬體中。」

在兩個版本的T型迷宮中，觀察大鼠不得不與被觀察大鼠那樣學著訪問相同的或相反的T形迷宮臂。大多數神經元是「以目標為中心的」，指示目標的位置，但是少數神經元偏好指示被觀察大鼠的位置，而不管它是否與目標位於同一側。也有神經元當被觀察大鼠或觀察大鼠處於特定的空間位置時會被激活。Fujisawa說，「這些細胞是不會相互混淆的。我們能夠重建一對大鼠（編者註：指的是觀察大鼠和被觀察大鼠）的移動路徑，並且可靠地根據這些聯合發揮作用的位置細胞的活動來破譯出觀察大鼠或被觀察大鼠所在的位置。」

Fujisawa及其同事們提出，海馬體具有四種不同的空間模型：第一種針對自我的位置，第二種針對他者的位置，第三種針對相對於自我和他者的位置進行調整的聯合定位，第四種是當自我或他者在那裡時就被激活的「共同（common）」位置。這擴展了海馬體如何處理空間位置和記憶的現有認知圖理論。 Fujisawa說，「我們認為海馬體中的認知圖不僅僅是確定自我的位置，還可確定其他人、動物或物體的位置，從而了解自身周圍的空間環境。」（生物谷 Bioon.com）

原文出處：

Teruko Danjo, Taro Toyoizumi, Shigeyoshi Fujisawa.Spatial representations of self and other in the hippocampus. Science, 12 Jan 2018, 359(6372):213-218, doi:10.1126/science.aao3898

David B. Omer, Shir R. Maimon, Liora Las et al.Social place-cells in the bat hippocampus. Science, 12 Jan 2018, 359(6372):218-224, doi:10.1126/science.aao3474

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