对小鼠的研究揭示了大脑空间映射的分子机制
每当我们冒险去一个新地方，我们大脑内置的GPS就会立即启动，开始形成我们周围环境的空间地图。经过几天甚至几周的时间，这张地图可能会固化为一种记忆，我们可以回忆起来，帮助我们在回到特定地点时更容易导航。
大脑是如何形成这些空间地图的，这一过程非常复杂，包括基因、蛋白质和神经回路之间复杂的分子相互作用，从而形成行为。也许毫不奇怪，这种多人互动的精确步骤让神经生物学家难以理解。
现在，通过哈佛医学院Blavatnik研究所的多实验室合作，科学家们在理解参与大脑空间地图创建的分子机制方面取得了重大进展。
这项在小鼠身上进行的新研究于8月24日发表在自然，建立了一种叫做”丛书它是否在空间绘图中起着关键作用，帮助大脑使用专门的导航细胞形成并维持环境的稳定表征。
“这项研究跨越了不同的理解层次，在分子和行为回路的功能之间建立了相当直接的联系内存HMS神经生物学副教授、资深作者克里斯托弗·哈维说。“在这里，我们可以理解空间地图的形成和稳定性背后的真正原因。”
如果这些发现适用于人类，它们将为我们的大脑如何构建空间地图提供重要的新信息。最终，这些知识可以帮助科学家更好地理解当这一过程中断时会发生什么，因为它通常是大脑损伤或神经退行性变的结果。
内存映射
海马体位于大脑颞叶深处，对包括老鼠和人类在内的许多物种来说，在学习、记忆和导航方面起着至关重要的作用。科学家们早就知道，在导航时，海马体中含有被称为位置细胞的特殊神经元，当动物处于空间中的不同位置时，这些细胞会选择性地变得活跃。当动物在它的环境中移动时，位置细胞通过开启和关闭，基本上构建了一幅周围区域的地图，可以被纳入记忆。
“我的实验室多年来一直在研究空间导航，包括位置细胞如何形成环境地图和形成空间记忆，”哈维说，但“这些过程背后的分子机制一直难以在行为动物中研究。”
为了研究这个映射过程中涉及的分子级联，哈维和第一作者诺亚·佩蒂特(哈维实验室神经生物学研究员)，与共同资深作者迈克尔·格林伯格(HMS内森·马什·普西神经生物学教授)，以及林恩·雅普(哈佛大学神经科学博士项目的毕业生，在格林伯格实验室完成了她的博士工作)合作。
格林伯格的实验室研究的”丛书基因，它编码一种转录因子蛋白，调节其他基因的表达。在之前的研究中，格林伯格和他的同事证明了这一点”丛书表达在神经元被激活几分钟后，它成为大脑神经活动的有用标记。他们还证明了”丛书充当调解人不同类型的神经可塑性，包括导航和记忆形成。然而，两者之间的关系”丛书海马体中的定位细胞还不清楚。
调查人员想知道”丛书可能与老鼠在环境中导航时如何形成空间地图有关。
为了找到答案，研究小组使用了哈维实验室开发的一种技术，将老鼠放在一个虚拟现实的迷宫鼠标在一个球上奔跑，同时看着一个环绕着的大屏幕，屏幕上显示着一个空间导航任务，比如通过迷宫找到奖励。当老鼠在球上慢跑并执行任务时，研究人员记录下神经活动和变化”丛书海马体的表达。
在格林伯格所说的“技术上的杰作”中，佩蒂特领导了一系列复杂的实验，以解开”丛书并将细胞。研究小组发现，在老鼠完成导航任务后的几个小时内，神经元与高”丛书与低表达的人相比，表达的人更容易形成准确的位置场——一群指示空间位置的位置细胞”丛书表达式。此外，神经元与高”丛书随着时间的推移，当老鼠在接下来的几天中重复这项任务时，表达的位置字段在指示空间位置方面更加可靠。
“这告诉我们，在老鼠导航的每时每刻，神经元诱导”丛书拥有关于鼠标空间位置的非常可靠的信息，这是解决和记住任务所需的关键变量，”佩蒂特解释说。
当研究人员敲出”丛书在海马体中的一个神经元子集中，他们观察到，这些细胞对环境的空间映射不如附近正常神经元准确”丛书表达式。此外，细胞内的地图也缺乏”丛书不太稳定，因此，作为对环境的记忆也不太可靠。
＂”丛书似乎对保持位置细胞的稳定性和准确性，以及在大脑中呈现一幅随时间变化的空间地图很重要，”格林伯格说。
“有很多研究是关于”丛书有很多研究是关于地方的细胞但这是第一批直接将两者联系起来的论文之一，”哈维补充说，“它为研究这些机制打开了许多令人兴奋的新方向。”
例如，格林伯格希望深入研究与之相关的特定分子和细胞”丛书帮助大脑形成和保持稳定的空间地图。他还想了解不同的角色”丛书可能发挥空间地图记忆从海马体转移到大脑的其他区域。同样，哈维感兴趣的是”丛书是空间地图记忆在睡眠中固化过程的一部分。
尽管这项研究是在老鼠身上进行的，但研究人员指出，该系统的大部分在物种之间是保守的，包括人类。如果这些发现可以在人类身上得到证实，它们可以帮助科学家了解我们的大脑是如何形成空间地图的，以及当我们因为受伤或疾病而失去这种能力时会发生什么。
在科学之外，研究人员强调，这项研究代表了一个研究细胞和细胞的实验室之间不同寻常的合作关系分子机制一个是研究动物行为和神经回路的。
“就我们所做的工作而言，我们两个实验室之间的距离和系里其他实验室一样远，但我们走到一起是为了研究分子之间如何相互作用神经回路控制学习、记忆和行为的基因，”格林伯格说。
“这是一个自然和令人兴奋的合作来了解这一点”丛书在空间记忆和空间导航中起着作用，”哈维表示赞同。“要成为神经生物学所有这些不同层面的专家是很难的，但通过合作，两个实验室已经能够弥合差距。”
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