Cell：为什么我们会迷路？

　　

生物通报道：来自挪威科技大学Kavli系统神经科学研究所等处的研究人员发表了题为“Grid Cells Use HCN1 Channels for Spatial Scaling”的文章，发现了大脑中调控内部分辨率的一个关键机制，这种机制就像是大脑中变焦按钮，帮助我们处理空间分辨率，辨别方向。这一研究成果公布在Cell杂志上。

文章的通讯作者是Kavli系统神经科学研究所Edvard I. Moser教授，以及Lisa Giocomo，其中Moser教授近期刚刚获得了Anders Jahre 2011年医学研究奖——这一奖项是北欧地区生物医学方面最大奖项之一，由奥斯陆大学颁发。

每个人都能完成空间上的放大或者缩小，但是其中的机制科学家们至今了解的还并不清楚。在这篇文章中，研究人员报道了他们如何通过敲除实验，改变小鼠大脑中网格细胞（grid cells）中的离子通道，发现大脑奥秘的经过。

之前的研究发现小鼠的脑中负责辨认方向的细胞位于海马体中。这些细胞共有三种类型，分别为：方向辨识细胞（head direction cells）、空间辨识细胞（place cells）和定位细胞（grid cells）。这三类细胞有各自不同的任务——方向辨识细胞就像是指南针，它用于指挥行进方向，发育最早，因此在小鼠睁开眼睛时就可帮助它辨认方向；空间辨识细胞负责记忆某个地方的周围环境，它发育得相对较晚；而定位细胞成熟最晚，它是一种相对复杂的空间协调系统，用于确定所处环境的具体位置及距离某个地点的远近。因此，每当小鼠到达一个新的陌生环境中，以上三种细胞会协同发生作用，最终在脑中产生一个“心理地图”。当下次再到这里时，便可使用这个“心理地图”来判断方位。

研究人员发现离子通道在这其中扮演了重要角色，它们能介导细胞内部和外部的信号，当研究人员敲除离子通道的时候，地图就会变得不精确。Giocomo说，“当我们敲除了HCN1离子通道，天然坐标系统的比例就会增大，这就像是失去了地图上的纬度和经度线一样，突然牛就不能精确定位空间位置了。”

在正常大脑中，离子通道正常工作，大脑能产生所需的精确分辨率，但是如果离子通道不能正常工作了——就像是实验小鼠一样——那么地图就无法获得正确的分辨率了。

这项研究对于进一步深入分析阿兹海默症，及相关疾病具有重要意义，“因为阿兹海默症患者的这一区域受到了破坏，而且阿兹海默症患者出现的一个首先症状就是突然发现失去的方向感，当然我们还不确定这两者之间的关联，但是这值得深入研究下去。”

同期还有另外一篇发表在Neuron杂志上文章，由哥伦比亚大学Kavli系统神经科学研究所完成，这两个Kavli研究所目前已决定在这一项目上合作进行研究。

Moser教授说，我们相信这将是一项重要的合作，而不是竞争，我们从Kandel实验室（哥伦比亚大学）获得了敲出小鼠，并且一位博士后也来到我们这里进行研究，我们探讨了目前的发现，相互交流和沟通。

这一合作交流了大脑中两个相关区域的研究资料，即内嗅皮层和海马区，这些数据描述敲除网格细胞和空间辨别细胞中的离子通道，产生的后果，研究成果证明了我们的大脑如何调控自身的变焦，以适应方向空间辨认的需要。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Grid Cells Use HCN1 Channels for Spatial Scaling

Highlights
HCN1 channels set the scale for the brain's grid map
Loss of HCN1 increases grid field size and grid spacing
The proportion of grid cells in the entorhinal cortex is independent of HCN1
Increases in grid scale are accompanied by longer theta periods in stellate cells

Summary
Entorhinal grid cells have periodic, hexagonally patterned firing locations that scale up progressively along the dorsal-ventral axis of medial entorhinal cortex. This topographic expansion corresponds with parallel changes in cellular properties dependent on the hyperpolarization-activated cation current (Ih), which is conducted by hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (HCN) channels. To test the hypothesis that grid scale is determined by Ih, we recorded grid cells in mice with forebrain-specific knockout of HCN1. We find that, although the dorsal-ventral gradient of the grid pattern was preserved in HCN1 knockout mice, the size and spacing of the grid fields, as well as the period of the accompanying theta modulation, was expanded at all dorsal-ventral levels. There was no change in theta modulation of simultaneously recorded entorhinal interneurons. These observations raise the possibility that, during self-motion-based navigation, Ih contributes to the gain of the transformation from movement signals to spatial firing fields.