以自我中心（主觀視角）為參考系的外部物體編碼對于導(dǎo)航至關(guān)重要，因?yàn)榇蠖鄶?shù)感官刺激在這一坐標(biāo)系中表征（前后左右）。而人們廣為熟知的位置細(xì)胞、網(wǎng)格細(xì)胞和頭朝向細(xì)胞是以世界為中心編碼（客觀視角），涉及到類似于東西南北這樣的坐標(biāo)系。但是世界中心的編碼是建立在自我中心編碼的計(jì)算和轉(zhuǎn)換之上的。雖然近期在圍繞內(nèi)側(cè)顳葉導(dǎo)航和記憶系統(tǒng)的大腦區(qū)域中對自我中心表征已有初步報(bào)道，但關(guān)于自我中心編碼如何處理相同或不同場景中的不同物體的神經(jīng)機(jī)制仍然所知甚少。

為了在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面解析自我中心（主觀）表征的神經(jīng)機(jī)制，作者利用了超維景自主研發(fā)的微型化高分辨率雙光子顯微鏡（FHIRM-HR），可以長時(shí)間觀測近千個(gè)樹突棘（spine）和樹突（dendrite），實(shí)現(xiàn)樹突棘和樹突精細(xì)結(jié)構(gòu)的成像。

2023年12月14日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所王成研究員團(tuán)隊(duì)和南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳小菁助理教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在國際著名期刊Neuron發(fā)表題為“Egocentric processing of items in spines, dendrites, and somas in the retrosplenial cortex “ 的研究論文。利用微型化雙光子成像技術(shù)等研究手段，該論文報(bào)道了：1）自我中心神經(jīng)元在突觸層次信息傳遞過程中呈現(xiàn)功能聚類；2）不同場景募集獨(dú)立群體的自我中心神經(jīng)元。

論文上線截圖

在曠場自由覓食導(dǎo)航任務(wù)、虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航任務(wù)中，作者首先利用單光子鈣成像記錄和研究了壓后皮層 (Retrosplenial cortex, RSC) 神經(jīng)元活動的自我中心表征，接下來為了在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面上探討自我中心表征的機(jī)制，作者使用了FHIRM-HR對RSC神經(jīng)元的樹突和樹突棘進(jìn)行了活體雙光子鈣成像。作者發(fā)現(xiàn)，約47% (36/76) 的樹突和約30% (241/802) 的樹突棘具有顯著的自我中心邊界調(diào)節(jié)（圖1），以上研究表明RSC神經(jīng)元及其亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)可以編碼有關(guān)環(huán)境邊界的自我中心信息。

圖1. 微型化雙光子顯微鏡下樹突、樹突棘的自我中心表征

進(jìn)一步對采集的雙光子數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，RSC神經(jīng)元接受了與自我中心信號整合的不同類型的功能輸入，自我中心輸入可能有助于提高分配中心空間選擇性（圖2）。分析樹突棘和樹突的調(diào)諧曲線發(fā)現(xiàn)，相似調(diào)節(jié)的自我中心樹棘突的空間聚集可能有助于加強(qiáng)自我中心選擇性，以自我為中心的樹突的調(diào)諧相關(guān)性顯著大于非以自我為中心的樹突（圖3）。樹突棘的活動特征反映了突觸前輸入的功能屬性，而樹突的活動特性反應(yīng)了突觸后對輸入進(jìn)行整合的性質(zhì)。研究結(jié)果揭示了樹突中具有顯著自我中心調(diào)諧的功能聚類，這表明可能存在專門的神經(jīng)功能通道用于處理編碼不同場景中物體的自我中心信息。

圖2. 樹突和樹棘突中空間選擇性、頭部方向和軸承邊界的交互作用

圖3. 軸承邊界調(diào)諧的微觀組織

為了檢驗(yàn)這些細(xì)胞是否還表征不同場景中的物體，作者又進(jìn)一步比較了在兩個(gè)任務(wù)中不同物體的自我中心編碼，發(fā)現(xiàn)在截然不同的空間導(dǎo)航任務(wù)中，相互獨(dú)立群體的神經(jīng)元編碼不同場景中的物體。即一個(gè)細(xì)胞屬于自我中心邊界細(xì)胞（編碼曠場中的環(huán)境邊界）和自我中心地標(biāo)細(xì)胞（編碼虛擬現(xiàn)實(shí)世界中的地標(biāo)）的概率與兩個(gè)維度獨(dú)立編碼的預(yù)期一致。這些發(fā)現(xiàn)支持自我中心表征采用labeled line編碼的觀點(diǎn)，即有專門的細(xì)胞群體專門處理不同場景中的不同物體，而不是分布式的群體編碼。

總結(jié)

在該研究中，研究團(tuán)隊(duì)解析了自我中心神經(jīng)元在亞細(xì)胞層次的組織結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)其在不同場景下，自我中心神經(jīng)元在結(jié)構(gòu)功能上的變化，該研究對理解生物體如何編碼處理空間信息，構(gòu)建抽象的空間感知有重要啟發(fā)，對人工智能領(lǐng)域類腦智能算法的設(shè)計(jì)和研究具有重要的借鑒意義。

【參考文獻(xiàn)】

Cheng, N., Q. Dong, Z. Zhang, L. Wang, X. Chen & C. Wang (2023) Egocentric processing of items in spines, dendrites, and somas in the retrosplenial cortex. Neuron.doi: 10.1016/j.neuron.2023.11.018