2020年8月6日

大脑中的保镖:科学家发现细胞可以过滤和锐化空间信号

你如何在复杂的环境中保持方向，比如维也纳城?这种方向感要感谢大脑的“全球定位系统”——海马体。为了进一步了解其功能，奥地利科学技术研究所(IST Austria)的科学家们在小鼠身上分析了这种GPS的单个神经元。他们发现所谓的颗粒细胞可以过滤和锐化空间信息。研究人员最近发表了他们的研究结果神经元．

海马体是大脑中的一个区域，其中包含许多帮助我们在空间中导航的神经元。这导致了这个区域的绰号:大脑的GPS。大脑皮层的高级区域发出信号信息包裹到海马体来产生定位信号。但是，并非所有包都包含相关信息。因此，海马体需要有一个适当的保护器来选择传入的信号。这样的看门人可能是颗粒细胞，一种位于海马回路入口的神经元。

识别正确的细胞

IST奥地利教授Peter Jonas, Xiaomin Zhang和Alois Schlögl开始研究颗粒细胞中的神经元信号。然而，主要的问题是细胞识别。在过去，专家们不能保证他们正确地识别了这些细胞。论文第一作者张晓敏说:“由于这个区域密集地分布着各种类型的神经元，在技术上很难识别我们感兴趣的颗粒细胞。”这使得很难将颗粒细胞的活动与位于同一区域的其他类型神经元的活动区分开来。此外，尽管颗粒细胞数量巨大，但它们通常表现出非常稀疏的活性。因此,其他细胞类型更高的活动水平可能会主导局面。

海马体的守门人

为了记录颗粒细胞的进出信号，科学家们开发了一种新的记录技术和机器学习算法来解码这些信号。为了明确地识别神经元，在记录过程中，细胞中充满了示踪剂。总的来说，他们记录了近100个颗粒细胞，生成了一个描述这种重要类型细胞活动的大型数据集。他们发现大多数神经元接收空间信息。然而，只有少数神经元将这种空间信息传递给海马体的其余部分。因此，颗粒细胞确实起到了看门人的作用。

空间信息处理

然而，颗粒细胞不仅选择信息，而且似乎参与了信息处理。研究小组发现，颗粒细胞的输入范围很广，但输出却更具选择性。上游皮层区神经元通常是网格细胞，在环境的多个位置产生活动。相比之下，下游的海马区神经元是典型的定位细胞，只在一个位置激发。新的研究表明，颗粒细胞参与了这种转化。乔纳斯解释说:“简单来说，我们可以把颗粒细胞看作是一个将一种神经元语言翻译成另一种语言的单位。”

为未来节省计算能力

大多数颗粒细胞接受空间信息，但只有5%产生空间输出。张晓敏解释说:“特别是具有更发达结构的神经元是活跃的，而神经元用不成熟的结构保持沉默。”这样一个独特的设计的功能意义是什么，其中的巨大比例细胞不直接用于信息处理吗?科学家们认为，海马体的储备最多颗粒细胞用于将来的转换和存储过程。