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武汉枢密脑科学技术有限公司
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【文献解读】路盲症的福音来了！ 背侧海马下托神经元的信息处理路径
2776 人阅读发布时间：2023-08-04 11:26
编者按
海马脑区在空间位置识别中具有重要的作用，通过海马内部连接和海马与其他脑区的相互作用，海马神经元记录着空间位置、速度感知、运动路线、头部方向性等空间位置相关信息。神经元通过同步化放电引起脑电的节律性震荡，从而促进脑区和脑区之间的信息精确匹配。海马在位置信息的调节作用已经相对清楚，但对于信息如何从海马传输到下游相关脑区，目前仍不清楚。因此，小编在这里给大家推荐Kenji Mizuseki等人发表在《ScienceAdvances》的文章，该文详细论述了海马传递空间位置相关信息的神经环路。SUB投射的下游脑区
海马下托（SUB）是海马的主要输出结构，接受海马CA1区内嗅皮层的信息输入，然后投射到多个下游脑区。为了确认SUB投射的下游脑区，研究人员首先采用顺行神经示踪技术标记SUB脑区的神经元，发现伏隔核（NAC）、背腱膜（DTT）、丘脑前腹侧核（AV）、丘脑腹内侧核（ITN）、脾后皮质（RSC）和内侧乳头体（MMB）等多个脑区为SUB的下游，并通过CTB逆行示踪剂确定神经元之间的相互联系。对投射神经元的形态进行分析，发现投射到AV和ITN的SUB神经元树突棘密度较低，而投射到NAc和RSC的SUB神经元树突棘密度较高。
Figure 1. 海马下托（SUB）神经元投射的下游脑区
光遗传鉴定SUB投射的神经元靶点
研究人员猜想SUB可能通过不同的投射方向，将不同的信息传输到对应的下游脑区。为了验证这一猜想，研究人员采用胞外记录的方式，记录CA1和SUB的神经元胞外放电。在SUB脑区注射光遗传兴奋性病毒，并在NAC、AV、RSC和MMB四个下游脑区埋置光纤， 进而在老鼠空间记忆过程中鉴别出SUB不同类型的神经元。另外在小鼠休息期间在投射的下游给予光刺激，引起反向电位，也可确定对应的SUB神经元。
Figure 2. 光遗传学鉴别SUB投射的下游神经元
SUB和CA1一样精确地表示位置信息，并且下级投射神经元统一携带这些信息
研究人员发现大鼠经过特定的空间位置时，CA1和SUB的神经元放电模式高度相似。CA1的神经元单个细胞空间特异性要高于SUB的神经元，而在神经元的平均放电频率和峰值放电频率上SUB的神经元要高于CA1的神经元。并且发现SUB与CA1的位置细胞比例是接近的，SUB投射到下游不同脑区的位置细胞比例是不同的，但都与地点信息有关。
Figure 3. CA1和SUB对空间位置的响应模式
SUB比CA1更准确地表示速度信息
确定了CA1和SUB对空间位置响应的神经元，研究人员接着研究CA1和SUB中对运动速度响应的神经元。发现CA1和SUB的神经元对速度响应与对空间响应比较相似，但是SUB下游脑区对速度的响应存在较大差异，其中SUB-RSC的投射对速度响应最为明显。
Figure 4. CA1和SUB对运动速度的响应模式
SUB和CA1一样精确地表示轨迹信息
接着研究人员研究CA1和SUB对运动轨迹响应的神经元。一小部分CA1和SUB神经元在面对路径选择时放电频率增加。但是对于SUB的下游脑区，只有NAC脑区对运动轨迹响应最为明显，且显著高于其他三个脑区。
Figure 5. CA1和SUB对运动轨迹的响应模式
SUB下级投射神经元头部方向调节
当小鼠头部朝特定方向时，SUB的头方向性细胞放电频率会异常升高。研究人员发现CA1和SUB神经元放电与小鼠头部朝向有一定的相关性。并且SUB神经元响应的比例远高于CA1神经元。但SUB投射下游脑区很少对头部方向性响应。
Figure 6. CA1和SUB对头部方向性的响应模式
投射特定相位锁定到θ振荡
接着作者研究CA1和SUB的放电模式是否对θ震荡有特别的响应。研究人员发现在小鼠运动过程中CA1和SUB出现一个明显的θ震荡，并且SUB神经元出现θ震荡的时间要比CA1神经元早。对解剖结构进行分析，发现proximal（近端）出现θ震荡的时间要早一些。
Figure 7. 运动过程中CA1和SUB对θ震荡的响应模式
总而言之，本文作者通过神经示踪技术、光遗传学和在体电生理，研究CA1、SUB及SUB投射脑区在空间位置、运动速度、运动轨迹、头方向性和θ震荡等指标的响应模式，发现SUB神经元对空间位置、运动速度、运动轨迹、头方向性和θ震荡等的响应模式和CA1一样精确甚至更精确，并找到不同响应模式中SUB对应的下游脑区。综上所述，本文发现SUB神经元在空间认知中的响应模式，为干预SUB神经元治疗空间认知相关障碍提供了坚实的理论基础。
图片来源：ScienceAdvances
原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/11/eabf1913
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AAV1/2-EF1α-DIO-EYFP |
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AAV6-pgk-Cre |
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AAV1-hSyn-hChR2(H134R)-EYFP |
