頭方向細(xì)胞被認(rèn)為是“大腦內(nèi)部的指南針”，但人們對頭方向細(xì)胞的編碼機(jī)制知之甚少。4月19日，記者從陸軍軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院獲悉，該院神經(jīng)外科張生家教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果“軀體感覺皮層中窄調(diào)諧的頭方向和頭部角速度細(xì)胞”，近日在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《尖端科學(xué)》(《Advanced Science》)在線發(fā)表，首次在單細(xì)胞水平上揭示了窄調(diào)諧頭方向細(xì)胞的神經(jīng)編碼機(jī)制。

據(jù)了解，經(jīng)典的空間導(dǎo)航系統(tǒng)由海馬的位置細(xì)胞與內(nèi)嗅皮層的網(wǎng)格細(xì)胞、頭方向細(xì)胞和邊界細(xì)胞等構(gòu)成，該理論認(rèn)為海馬-內(nèi)嗅皮層是介導(dǎo)大腦空間導(dǎo)航系統(tǒng)的唯一中樞, 但是張生家團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，軀體感覺新皮層單個(gè)腦區(qū)中同時(shí)存在與海馬-內(nèi)嗅皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中類似的多種空間導(dǎo)航細(xì)胞，組成了一套全新且完整的空間導(dǎo)航系統(tǒng)，拓展了經(jīng)典的空間導(dǎo)航理論，相關(guān)研究成果于2021年發(fā)表在《細(xì)胞研究》(《Cell Research》)上。

此次發(fā)表的論文是在前期研究上的延伸和拓展，該研究探索經(jīng)典大腦空間導(dǎo)航系統(tǒng)海馬體外的新腦區(qū)，在軀體感覺皮層中發(fā)現(xiàn)了頭方向細(xì)胞以及頭部角速度細(xì)胞;同時(shí)鑒定出這種大腦高精度指南針細(xì)胞是由快速簇狀放電的抑制性神經(jīng)元編碼，這一新發(fā)現(xiàn)拓展了頭方向細(xì)胞只由興奮性神經(jīng)元編碼的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，也突破了抑制性神經(jīng)元編碼外部感覺刺激的選擇性通常較弱的經(jīng)典理論，首次在單細(xì)胞水平上揭示了窄調(diào)諧頭方向細(xì)胞的神經(jīng)編碼機(jī)制。

“大腦的空間導(dǎo)航系統(tǒng)與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)。例如，在老年癡呆癥早期，大腦空間定位系統(tǒng)最先受到損傷，其中網(wǎng)格細(xì)胞最早出現(xiàn)凋亡及放電異常，導(dǎo)致患者認(rèn)知功能出現(xiàn)障礙，找不到回家的路。”張生家教授介紹，他們進(jìn)行的這項(xiàng)研究在經(jīng)典海馬體介導(dǎo)的空間導(dǎo)航系統(tǒng)之外首次發(fā)現(xiàn)軀體感覺皮層全新的空間導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅擴(kuò)展了傳統(tǒng)空間導(dǎo)航系統(tǒng)的理論、賦予了軀體感覺皮層除編碼觸覺、痛覺、溫度和本體感受以外的新功能，還對神經(jīng)退行性疾病的研究和治療提供了潛在的新靶向腦區(qū)。未來通過基因治療的方法可以靶向修復(fù)受損的網(wǎng)格細(xì)胞來延緩和干預(yù)老年癡呆癥。

此外，軀體感覺皮層中新型的空間編碼原理可以啟發(fā)類腦智能研究借鑒軀體感覺皮層中神經(jīng)環(huán)路的空間編碼和記憶機(jī)制，來開發(fā)出更強(qiáng)健、優(yōu)化和節(jié)能的類腦導(dǎo)航系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)航系統(tǒng) 軀體感覺 老年癡呆癥 內(nèi)嗅皮層 神經(jīng)退行性疾病