动物实验 中国实验动物信息网 2020-08-25 759

　　哥伦比亚科学家已经发现了大脑的全球定位系统的一个关键特征，可以帮助小鼠找到它所寻求的东西。这项研究使科学家能够确定细胞在海马的一个特定区域的精确职责，此区域是大脑的学习以及记忆中心。该研究还提出了在神经科学领域一个长期的追求：当信息在大脑中穿行通过时，追踪信息行走的路径。

　　作者在“神经元”杂志上公布了这些发现。

　　这篇文章的资深作者，哥伦比亚大学医学中心（CUMC）神经科学系副教授，哥伦比亚大学莫蒂默B.祖克曼大脑行为研究所的首席研究员，哲学博士，医学博士，Attila Losonczy说：“在这项研究中，我们的目标是模拟当我们漫无目的的在大街上闲逛时，大脑在做什么。与之相较的是当我们发现了一条独特的裙子时，我们大脑是如何反应的。”“通过使用强大的双光子显微镜，我们能够观察到在小鼠海马中的单个细胞的活性 ，然后联系细胞活性与特定行为之间的关系——在这种行为下，导航定位——在几年之前，这一技术专长是根本不可能做到的。”

　　海马可分为不同的区域，形成一个相互关联的电路，通过该电路处理与记忆相关的信息。在这项研究中，losonczy博士和他的团队专注于海马的主要输出节点，CA1区，这是被科学家发现编码的位置--这项工作，荣获2014年度诺贝尔奖。

　　哥伦比亚大学医学中心神经科学系的博士候选人并且是这篇文章的*作者，Nathan Danielson说：“我们已经知道，CA1区可分为两个不同的细胞层：深层和浅层 ”。“科学家们想知道是否这种划分是表明这两层实际上在学习和记忆时有不同的目的。但是没有人测试过，所以我们决定观察一下。”

　　为了研究这些细胞，研究人员把小鼠放置在具有不同颜色，特征，以及气味的跑步机上，并用双光子显微镜检测在CA1区的细胞活性。然后，小鼠进行了以下两项任务。

　　*项任务，小鼠在跑步机上跑，可以经历不同的景点和声音，一些熟悉的和其他新的景点和声音。 第二项任务，小鼠被给予寻找水奖励的任务，这个奖励放置在沿着跑步机的一个独特的没有标记的地方。研究组成员在几次学习过程中重复进行这些实验，并且监测每一个细胞层对不同类型的学习反应如何。

　　当小鼠进行*个任务时，CA1区浅细胞层的细胞似乎创建了一个内部地图 ，此地图是从一段学习时期到另一段时期基本上保持不变的。通过对比 ，深层细胞形成一个具有更多动态变化的内部地图——实际上，在每一次学习过程中，都会重新绘制不同形式的地图。

　　然而，在第二次测试过程中，当小鼠需要学习被隐藏的奖励位置时，深层细胞的图像比进行*次任务时均显着更稳定，且动态性较低。科学家也发现，深层细胞活性与动物发现奖励的能力具有密切联系。作者认为，细胞层之间的区别意味着寻求导航的两个不同的重要过程。

　　Danielson说：“如果你正走 在大街上寻找一些特别的东西——说，你*喜欢的餐厅——一般而言，你的大脑首先需要一份附近的地图。”他继续补充道，但是为了寻找到独特的餐厅，抵达那个特殊的位置，大脑也会分成重要性或者突出性。

　　Danielson说：“从这个意义上说，它是大脑在地图上用一个巨大的X标记的方式 ”。“所以当你寻找那家餐厅时，你即需要地图也需要这个X标记。我们的研究结果表明，在大脑中，这些不同类型的信息可以通过CA1区的不同细胞层被传达。”

　　Losonczy博士补充道：“并且，如果一个月之后，你想去参观某个新的地方，深层细胞将会更新线路图，有效的标记出新位置的地点，而由浅层细胞创建的附近的基本地图将会保持相对不变。”

　　针对Losonczy博士的话，这项研究表明了一种巧妙的方法，即大脑的基本架构允许它去完成一次特殊类型的导航。

　　他说：“令人吃惊的是，导航到一个所需位置的能力可以如此精确地表示在海马的结构中

　　，这是一个非常复杂的壮举。”“并且它更令人震惊的是，我们现在可以在真实的时间上见证它发生。 ”