新的大脑细胞类型可以帮助人们在心理地图的地方

一种以前不为人知的人类大脑细胞似乎帮助人们在他们的个人中心自己世界的地图,根据一项新的研究从哥伦比亚大学神经学家工程。这个发现揭示了人类的细胞机制导航和记忆,以及大脑的哪些部分可能会中断期间的各种记忆障碍常见的神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症。

人类和动物有两种策略的导航和定位自己。包括一个定位的地方,当然在“非自我中心的距离和方向的参考帧根植于外部世界。其他策略包括“自我中心”的参考帧以自我为中心。

每当你使用手机应用来发现驾驶方向,它可能会使用这两种模式的导航。当你第一次输入一个地址,它通常会显示你的地址在地图上从非自我中心的角度来看,“北”在顶部和底部“南”。然后路由视图时,它将切换到一个以自我为中心的角度来看,“领先”是在顶部和底部“背后”。

科学家首次发现大脑细胞与非自我中心的参考帧的老鼠——“细胞”,可能在1971年,例如,表明一个位于东北角的一个区域。其他非自我中心的空间细胞类型包括方位细胞可能激活每当一个导航,或边界细胞反应时边界位于西部。

在过去的十年里,研究人员开始研究老鼠的大脑如何映射自我中心的参考帧。两年前,科学家在汉诺威的达特茅斯学院,新罕布什尔州,发现了老鼠的大脑区域被称为为中心的postrhinal皮层细胞丰富。然而,它仍然不明白脑细胞形成人类自我中心的空间映射的基础。

“人类只有很少能够直接从大脑记录单一神经元的活动,由于道德原因,”卢卡斯昆兹说,哥伦比亚大学博士后研究员的生物医学工程系和这项新研究的第一作者。“有fMRI技术或脑电图,这让我们间接地测量从健康的人类大脑的神经活动,但是这种神经活动反映了数以百万计的神经元的活动,不允许直接对单个神经元的工作原理的结论。”

在新的研究中,从美国和德国神经学家调查15癫痫患者在德国弗莱堡大学医学中心。这些志愿者被植入电极来帮助医生监控他们的障碍。

研究人员要求志愿者执行计算机任务,探索他们浏览虚拟环境的能力和记住许多不同的对象在哪里。与此同时,科学家们记录了超过1400个神经元的活动在所有参与者在多个脑区。

科学家们发现了超过160个神经元,表现得像自我中心的空间类型的细胞,激活虚拟环境的特定部分领先时,后面,左边,右边的病人,或当点在空间接近或远离病人。

“我们现在第一个报告自我中心的空间在人类细胞类型,”坎斯说。科学家们发表了他们的研究中,“自我中心的空间映射的神经编码人类颞叶,“在《华尔街日报》神经元2021年7月14日。

这些“自我中心轴承细胞”可能编码空间信息为中心的心理地图上每个人。“这可能是对日常生活很重要,当人类试图东方自己的环境和当他们沿着路线导航,”约书亚·雅各布斯说,哥伦比亚大学工程和生物医学工程副教授这项研究的资深作者。

这些自我中心轴承细胞旁海马皮质特别充足,一个区域位于大脑深处之前工作建议是相当于人类啮齿动物postrhinal皮层。自我中心轴承组成大约25%的细胞旁海马皮层的神经元。“先前的研究已经表明,这个脑区损伤患者迷失方向,大概是因为他们的自我中心轴承细胞受到影响,”坎斯说。

研究人员还发现这些自我中心轴承细胞活动增加时,患者使用内存成功召回所发现的物体的位置在虚拟环境中。“这表明这些细胞不仅与导航相关,但也扮演了一定的角色在正确记住过去的经验,”昆兹说。

“记忆是由多个不同的元素,如一个特定的事件,事件发生的地方,和当事件发生的时候,“昆兹说。“我们相信,有不同的神经系统的不同组件这些记忆。自我中心轴承细胞可能特别参与处理空间信息的记忆。”

这些发现可能照亮什么可能会出错的人记忆缺陷,包括神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症患者。“自我中心轴承细胞不能正常工作,或者可能被摧毁由于某种原因,如中风,脑部肿瘤,或痴呆,”雅各布说。

这些新发现不回答一个如何处理这样的记忆障碍。“还有很多研究可以成功治疗记忆障碍之前,“昆兹警告说。

在未来,研究人员希望看到为什么任何给定的细胞自我中心轴承调到任何点在空间关注。目前,昆兹和他的同事们假设多个不同的空间线索,如对象、空间界限和地标,结合影响这些参考点的位置。科学家们可以检查这些线索对影响这些参考点的位置通过移除这些线索在环境试验。

“另一个重要的问题是如何自我中心轴承细胞与非自我中心的空间细胞类型,昆兹说。“目前我们假设自我中心轴承细胞提供必要的输入非自我中心的空间细胞类型。通过了解,未来的研究可以解释非自我中心的空间细胞类型的调优是如何影响自我中心轴承的功能细胞。”

参考:昆兹L,布兰德,死电脑,等。神经代码以自我为中心的空间映射人类颞叶。神经元。2021;0 (0)。doi:10.1016 / j.neuron.2021.06.019

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