Nat Commun丨双重导航之谜：大脑如何整合自我中心与世界中心

摘要：啮齿动物的海马体在空间信息编码中扮演着重要角色，尤其是在世界中心坐标系（allocentric，即以他人为中心）中的表现。其中海马体中的位置细胞，以及内嗅皮层中的网格细胞、边界细胞和头方向细胞，被认为共同构成了所谓的“认知地图”，这种地图帮助动物在环境中导航。

啮齿动物的海马体在空间信息编码中扮演着重要角色，尤其是在世界中心坐标系（allocentric，即以他人为中心）中的表现。其中海马体中的位置细胞，以及内嗅皮层中的网格细胞、边界细胞和头方向细胞，被认为共同构成了所谓的“认知地图”，这种地图帮助动物在环境中导航。然而，空间导航和情景记忆功能需要在自我中心（egocentric，即以自我为中心）和世界中心坐标系之间进行相互转换。感官信息以自我中心的参考框架到达大脑，必须转化为视点不变的世界中心编码以形成认知地图；反之，来自认知地图的空间信息必须转化为第一人称的自我中心参考框架，以支持心理图像和空间导航。最近的研究描述了在多个皮层区域中发现的自我中心空间编码，包括背内侧纹状体、顶叶、外嗅皮层、后嗅皮层、后扣带皮层、前额叶和感觉皮层。特别是“中心方位”细胞和“中心距离”细胞在后嗅皮层中被描述为编码动物当前头部方向与记录环境中心之间的角度偏移和相应的距离。同样，自我中心边界细胞在后嗅皮层、背内侧纹状体和后扣带皮层中被描述为编码特定角度偏移和距离处的环境边界的存在。这些表征可以与头方向结合，构建一个世界中心空间地图，并支持导航到环境中的显著位置。尽管在多个皮层区域发现了自我中心的空间编码，但纯粹的自我中心和世界中心空间表征是否在同一局部皮层回路中共存尚未确定。为了理解大脑如何进行空间导航和记忆，陆军军医大学第二附属(新桥)医院张生家（Sheng-Jia Zhang）团队记录了大鼠在自由觅食时内嗅皮层（medial entorhinal cortex, MEC）深层神经元的放电模式，寻找自我中心编码的证据。尽管大多数细胞编码了世界中心的头方向，但也有相当一部分细胞对纯粹的自我中心方位和与环境中心或边界的距离进行了调谐。这些自我中心空间细胞在黑暗中和不同环境中保持稳定，并在移除局部边界时被破坏，且MEC的自我中心细胞表现出较弱的θ节律性。这些发现揭示出MEC中的空间编码具有统一性，自我中心和世界中心空间表征之间的相互作用可能指导哺乳动物大脑中的高效导航，其研究成果Allocentric and egocentric spatial representations coexist in rodent medial entorhinal cortex已发表在Nature Communications上。