《细胞》：海马神经元也能“漫游”抽象

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《细胞》：海马神经元也能“漫游”抽象

文献：Knudsen, Eric B., and Joni D. Wallis. "Hippocampal neurons construct a map of an abstract value space." Cell (2021).

DOI：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.07.010

作者：Orange Soda|封面：Alexander Eskin

人类大脑的海马区受损会严重影响情景记忆，而在啮齿动物上的实验表明海马神经元能编码动物在环境中的位置。对于这些现象的一个统一解释就是，海马实际上负责构建一个“认知地图“（认知地图包括环境中各种特征之间如何联系的信息）。

最近在人类被试上的研究记录了人类海马区的fMRI信号，发现海马区能编码多维的抽象空间——正如它编码真实的空间位置那样。Knudsen和Wallis希望能在猕猴上进行神经元层面的记录，进一步探究海马区神经元如何表征抽象空间。

Fig.1 实验设计

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Knudsen & Wallis,Cell

Fig.2 价值空间神经元反应的一致性

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Knudsen & Wallis,Cell

Fig.3 三维空间中的价值表征

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Knudsen & Wallis,Cell

在啮齿类动物的实验中，当动物在一条直线上跑动时，海马的位置细胞还会区分运动方向（不同运动方向上的同一个位置反应是不相关的）。因此，Knudsen和Wallis进一步想知道海马的价值空间神经元是否也表现出同样的性质。新的实验中轨迹设计成双扭形（Fig.4A&4B），研究者发现，当轨迹以相同的方向穿过特征空间时，一部分位置细胞活动显著相关；而方向相反时则存在更少的神经活动相关（Fig.4C）；还存在部分神经元在不同方向的轨迹上偏好的位置在相反的两端（Fig.4B中间的例子），但这类神经元并不常见。

Fig.4 海马神经元对价值空间的编码区分轨迹方向。

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Knudsen & Wallis,Cell

接着，Knudsen和Wallis设计实验继续探究海马神经元的一个重要特质：那就是随着环境的改变，位置细胞的空间表征也会变化。实验采取A-B-A'的设计（Fig.5A），其中A和A'中采用相同的刺激图片，B中的刺激图片则与这两组不同。在这样的实验设计下，海马神经元需要重新建立刺激-输出的映射关系，重新组织价值空间的表征。研究者观察到，当实验条件变化后，大多数神经元在价值空间内偏好的位置都发生了变化；而当实验环境还原到与最初相同时，一部分神经元回到了最初的反应模式（即A条件下，Fig.5B上排），而一部分则保留变化条件下的反应模式（即B条件下，Fig.5B中排），另外还有一部分保留了两种条件下的表征（Fig.5B下排）。在A和A'、B和A'的神经反应之间观察到了显著正相关，但这种相关并不存在于A和B之间（Fig.5C）。

Fig.5 保持轨迹不变，仅改变刺激，海马价值空间神经元的空间映射发生了重排

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Knudsen & Wallis,Cell

Knudsen和Wallis报告了猕猴海马区神经元对价值空间的表征。这种表征对轨迹方向具有选择性，并且具有动态性，随着环境变化而重新构建。另外，这一结果也说明海马参与了基于价值的学习过程。

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