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Nature:独特的神经“测速器

摘要 : 研究人员在大鼠中发现了长期以来寻找的神经“测速器”:这组专门的神经元会在大鼠快速移动时迅速放电,在大鼠慢吞吞移行时较缓慢地放电。这一重要的研究发现发布在7月15日的《自然》(Nature)杂志上。

 研究人员在大鼠中发现了长期以来寻找的神经“测速器”:这组专门的神经元会在大鼠快速移动时迅速放电,在大鼠慢吞吞移行时较缓慢地放电。这一重要的研究发现发布在7月15日的《Nature》杂志上。

这些细胞是大脑精细导航系统的一个组成部分,它帮助了我们了解我们所处的位置以及我们去过的地方。挪威科技大学的Edvard Moser和May-Britt Moser夫妇实验室在一项长达7年的研究项目中发现了它们。因2005年发现了脑系统另一个基本的组件:GPS样网格细胞(grid cell)——这些细胞能够根据空间位置放电,Mosers夫妇共同赢得了去年的诺贝尔生理学或医学奖。

除了网格细胞,神经科学家们也发现了其他一些与导航相关的细胞:“位置细胞”( place cell)会在动物处于某一特定位置时放电,还有另一些神经元可响应边界或是头面对的方向发生改变而放电。来自所有这些细胞的信息可以帮助大脑制作出内部位置地图,而速度细胞是实时更新这一地图的必要条件。

Mosers夫妇和他们的研究小组将电极植入到26只大鼠的大脑中,在内嗅皮层的内部或周围——网格细胞液存在于这一大脑区域。这些电极能够非常灵敏地接收到来自单个神经元的信号。

研究人员训练这些大鼠在一辆小车中移动。这一大鼠大小的车子被固定在轨道上,可以试验者定义的速度沿着4米长的轨道拉动。大鼠知道在轨道的尽头有巧克力在等着它们,当大鼠以固定速度移动时科学家们记录了来自电极的数据。为了确定无物理约束的情况下这些神经元可对速度做出响应,科学家们在大鼠在一个开放的空间内四处跑动寻找巧克力时进行了记录。他们允许大鼠在两次测试的中间时间段在一些浅花盆中休息。

在2000多次记录过程中,研究人员对内嗅皮层总共2,497个细胞进行了记录。他们发现其中15%的是速度细胞,根据大鼠的速度快速或是缓慢地放电,而与它们移动的方向,以及房间中有无光亮无关。

精确测量

这些细胞完全专注于速度检测,且能够强力地做出响应,因此科学家们可以准确解码来自6个神经元的速度信号。

Weizmann科学研究所Nachum Ulanovsky说:“过去在大脑中只能看到弱速度信号,但这类新细胞给予了我们非常明确及强力的信号。这种差异就像你车中的测速器一样能够非常精确地测量出每小时50英里——而不是每小时40英里的正负误差。”

原文标题:Speed cells in the medial entorhinal cortex

原文摘要:Grid cells in the medial entorhinal cortex have spatial firing fields that repeat periodically in a hexagonal pattern. When animals move, activity is translated between grid cells in accordance with the animal’s displacement in the environment. For this translation to occur, grid cells must have continuous access to information about instantaneous running speed. However, a powerful entorhinal speed signal has not been identified. Here we show that running speed is represented in the firing rate of a ubiquitous but functionally dedicated population of entorhinal neurons distinct from other cell populations of the local circuit, such as grid, head-direction and border cells. These ‘speed cells’ are characterized by a context-invariant positive, linear response to running speed, and share with grid cells a prospective bias of ~50–80 ms. Our observations point to speed cells as a key component of the dynamic representation of self-location in the medial entorhinal cortex.

来源: Nature 浏览次数:0

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