SciAdv：科学家在大脑中GPS系统研究方面获重要进展

2021年5月19日 讯 /生物谷BIOON/ --内侧内嗅皮层(MEC，medial entorhinal cortex)中的网格细胞（grid cells）能够表现出显著的携带峰值（spikes）的空间活动模式，而这是由内侧间隔区（MSA）驱动的theta波振荡来协调的；在一种称之为相位移动（phase precession）的现象中，来自网格细胞的峰值会相对于theta相不断进展，这被认为是创建网格细胞单元空间周期性的必要条件。我们都知道，网格细胞是大脑中的GPS系统，但其是否能利用脑电波来收集关于速度和方向等信息，日前，一篇发表在国际杂志Science Advances上题为“Optogenetic pacing of medial septum parvalbumin-positive cells disrupts temporal but not spatial firing in grid cells”的研究报告中，来自挪威奥斯陆大学等机构的科学家们就解答了这一问题。

图片来源：https://advances.sciencemag.org/content/7/19/eabd5684

为了能在海上航行或仅仅看到你前面的门，你就必须追踪方向、速度和距离；大脑中的网格细胞则能获得关于机体在空间移动时的方向和速度的连续信息；利用这些信息，细胞就能在大脑中创建一种类型的图谱，但网格细胞是如何产生这种图谱的呢？其中一种理论就是，有节奏的脑电波会携带关于速度和方向的信息。此前研究中，研究人员首先使得能促进特定类型脑电波消失的大脑区域保持镇静，随后网格细胞模式也消失了，进而就会导致相关的图谱消失；于是研究人员就想通过研究确定是否这是由与脑电波的扭曲或者大脑中其它未知的网络发生改变引起的副作用所致。

为了能控制脑细胞的活性，研究人员将分子“光开关”插入到了大鼠特定大脑细胞中的细胞膜中，通过向大脑中发送小型的激光脉冲，研究人员就能够控制脑电波，当许多脑细胞同时进行有节律地活动时就会出现脑电波，而利用激光进行研究，研究人员就能破坏正常的脑电波。在实验中，大鼠会在一个盒子里移动寻找食物，而研究人员通过天花板上的细电缆与记录系统相联系了起来。

研究者Mikkel Lepperod表示，这样一来，我们就可以利用激光来创造比在大鼠大脑中自然发现的更快的脑电波，与此同时，我们还记录了网格细胞的活性；大鼠的行为并未受到影响，即使当其大脑中的脑电波增加到正常水平的三倍以上，也并不会对网格细胞的模式产生任何影响效应。这或许就表明，脑电波并未被网格细胞用来获取关于速度或方向的任何信息，而脑电波或许在与其它区域的联系方面会产生影响。

当在PvalbCre小鼠中注射了病毒后，其大脑内侧隔区中PV+细胞能选择性地表达光敏感通道蛋白（ChR2）。

图片来源：Mikkel Elle Lepperød，et al. Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abd5684

目前其它研究重点针对颞叶中的脑电波，而其研究结果表明，当大脑脑电波被改变时，学习和记忆的特定形式就会受到干扰；换句话说，脑电波很可能对网格细胞和大脑其它区域之间的信息发送非常重要，当然这还有待于科学家们在未来的研究中进行核实和检验。为此研究人员就必须开始重新换一种思路来思考这一问题，当人们患上阿尔兹海默病后，大脑中的网格细胞是首先被干扰破坏的细胞，因此本文研究结果对于理解此类大脑疾病也具有非常重要的意义。

综上，本文研究结果支持了theta振荡对网格细胞的空间模式或许并不是关键的，同时其也并不携带关键的速度信号。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Mikkel Elle Lepperød，Ane Charlotte Christensen，Kristian Kinden Lensjø, et al. Optogenetic pacing of medial septum parvalbumin-positive cells disrupts temporal but not spatial firing in grid cells, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abd5684