摘要：成功的导航依赖于以自我为中心与世界为中心两种参考系中空间表征间的相互转换。世界空间表征的神经基础已得到广泛研究，其中内嗅皮层 （medial entorhinal cortex） 中的网格细胞、边界细胞和头朝向方向细胞，联合海马中的位置细胞一起，共同构成了“认
成功的导航依赖于以自我为中心与世界为中心两种参考系中空间表征间的相互转换。世界空间表征的神经基础已得到广泛研究，其中内嗅皮层 （medial entorhinal cortex） 中的网格细胞、边界细胞和头朝向方向细胞，联合海马中的位置细胞一起，共同构成了“认知地图”的关键组成部分。对大脑“内置导航系统 （GPS） ”进行开创性研究的三位科学家John O’Keefe, May-Britt Moser和Edvard Moser获得了2014年诺贝尔生理学或医学奖。然而，世界中心和自我为中心的空间表征是否共存于内嗅皮层同一局部神经环路中尚未确定。
2025年1月3日，陆军军医大学新桥医院神经外科张生家教授团队联合英国皇家科学院院士、University College London (伦敦大学学院)Neil Burgess教授团队在Nature Communications，杂志上，在线发表了题为Allocentric and egocentric spatial representations coexist in rodent medial entorhinal cortex的研究论文。该论文报道了在内嗅皮层中同时存在世界中心和自我中心的空间表征，并且在局部神经环路中不同空间坐标系表征神经元之间存在功能连接，提示内嗅皮层可能作为不同空间坐标系之间相互作用从而介导灵活导航的关键脑区。
首先，研究者将多通道微电极植入大鼠的内嗅皮层，采集清醒动物在自由运动状态下深层单个神经元的电活动信号。发现内嗅皮层中同时存在自我中心和世界中心空间坐标系编码神经元。自我中心被定义为编码自我中心方位 （即从动物当前头部方向到参考点（例如环境中心）的相对角度） 或自我中心距离 （从动物当前位置到参考点的相对距离） 。具体来说，内嗅皮层中存在世界中心坐标系下的头方向细胞、网格细胞和边界细胞，也存在相对于环境几何中心、以自我为中心稳定的方向和距离调谐响应。接着， 通过一系列实验，发现自我中心空间调谐响应依赖于环境边界，随环境扩张而扩大，并且在黑暗条件下、不同形状环境下保持稳定。
在主动运动期间， 内嗅皮层局部场电位 (LFP) 中 Theta (4-11 Hz) 波段振荡非常突出，而世界中心空间编码神经元 （如网格细胞） 通常表现出对 Theta 节律的强烈同步。但是，自我中心空间编码神经元表现出较弱的 Theta节律性 （theta rhythmicity） 。然而，与较弱的Theta节律性相比，Theta相位锁定 （theta phase lockin g） 更为普遍。
世界中心和自我中心空间表征的共存表明内嗅皮层可能是大脑中空间参考框架之间坐标转换的一个潜在脑区。为了揭示局部神经网络中世界中心和自我中心表征神经元之间的功能连接，通过放电序列互相关图谱分析，发现自我中心与世界中心坐标系编码神经元之间存在单突触功能连接，并且最大的连接概率发生在自我中心和自我-世界中心联合编码神经元之间。这一结果表明支持自我中心和世界中心空间表征之间的坐标转换所需的局部突触连接可能存在于内嗅皮层中。
最后，用广义线性模型 （generalized linear model，GLM） ，发现单个空间坐标系预测因子就可以准确地重建自我中心和世界中心空间表征神经元的调谐特性。此外，采用带有线性滤波器的群体向量 (population vector，PV) 解码算法和贝叶斯解码算法来从内嗅皮层神经元集群放电估计中心方位和中心距离，发现这两种方法都表现出良好的解码性能，并且贝叶斯算法更优。这表明自我中心编码神经元可以为动物提供基于环境内特定锚点的方向和距离的连续估计。
综上所述，本研究发现了内嗅皮层中同时存在以世界为中心和以自我为中心的空间表征神经元。尽管前期研究已经在其它大脑区域中报道了自我中心的放电模式，但这是第一次证明世界中心和自我中心表征神经元存在于内嗅皮层同一局部神经环路中。有效的空间导航和记忆功能依赖于以自我为中心和以世界为中心的空间坐标系之间的相互转换。因此，该新发现支持内嗅皮层在构建和使用“认知地图”期间可能支持不同空间坐标系之间的相互转换，对理解空间导航和情景记忆功能至关重要。
陆军军医大学第二附属新桥医院神经外科龙晓阳副研究员与伦敦大学学院的Daniel Bush博士为该文章的共同第一作者，邓斌中级实验师与英国皇家科学院院士伦敦大学学院的Neil Burgess 教授参与了该研究，张生家教授为该论文的通讯作者。
制版人：十一
BioART战略合作伙伴
（*排名不分先后）
BioART友情合作伙伴
来源：小齐讲科学