诺贝尔奖得主夫妇Nature预卜先知你的行为

　　

生物通报道  有没有可能通过接入大脑中的信号来弄清楚你下一步将去到哪里？挪威科技大学(NTNU)的研究人员Hiroshi Ito现在给出了肯定的答案。在本周的《自然》（Nature）杂志上，Ito描述了这种情况是如何发生的。

Ito和他的导师、2014年诺贝尔奖得主夫妇May-Britt、Edvard Moser以及同事们选取了一条特异的信号通路，想弄清楚其是否是使得动物能够编码它们的计划从一个地方到达另一个地方的定位机制。他们的研究证实，从内侧前额叶皮质经由丘脑核到达海马的这一信号通路确实完成了这项工作（延伸阅读：诺贝尔奖得主，Moser夫妇是何许人 ）。

预测行为的代码

研究人员设计了一项研究来帮助他们更好地了解这一信号通路的作用机制。他们训练大鼠在一个连续的T形迷宫中以一种交错的方式跑动。

Ito说：“我们了解到特定神经元不同的放电强度可以精确地预测动物将会选择的轨道。”

当大鼠在迷宫中跑动时，研究人员对前额皮质、丘脑和海马进行了电生理记录。研究人员分析了大鼠在迷宫干道上，必须在即将出现交叉口处做出向左走或是向右行的决定时神经元的活动。

决策信号通路

研究人员知道有一些信号通路从前额皮质经过丘脑到达海马的CA1区域，但却与海马中紧靠CA1的CA3区域没有联系。鉴于此，研究人员首先查看了一下他们是否可以检测出两个区域之间的编码差异，这可以反映出小鼠随后将会选择的轨道。他们发现存在明显的差异。相比于CA3，CA1显示出更多为即将到来的选择编写的代码。

可以根据放电的强度而非放电的细胞类型或位置来看到这种编码。要想理解这种情况的发生机制，可以想象一下合唱队所有的成员都唱着同一首歌，但在不同的表演过程中在这首歌的同一个段落处不同的声音更大声一些。歌词、曲调和唱歌的人都一样，但每个声音的音量发生变化就可以改变这场表演。由于研究人员熟知“这一合唱队”，他们寻找了指挥，发现其存在于前额皮质中。

研究人员知道了轨道选择的编码可能存在于CA1中。Kavli研究所的研究人员证实，相似的编码存在于丘脑连结核(NR)，以及内侧前额叶(mPFC) 前扣带回(AC)和前边缘皮层(PC)中。研究人员继续查明了信号出现于哪里，测试了这一mPFC-NR信号通路的贡献。他们确定了没有来自mPFC通过NR的输入信号，CA1也会丢失为即将到来轨道选择编写的代码。他们通过采用两种不同的方法来阻断NR中的信号传导证实了这一点。这表明这种编码需要mPFC和NR，就像合唱队需要指挥一样。

May-Britt Moser教授说：“打算移动到目的位置，我们需要的不止是一张我们的位置地图。我们还必须要知道我们此刻在哪里，以及想去到哪里。看起来参与导航的细胞利用了一些内部和外部的信号来准确地定位精确的位置，在发电模式之上有一个差异性放电强度编码包含了关于下一步行动的信息。”

Moser解释说，这种强度模式似乎受到前额皮质的指导，前额皮质已知是灵长类动物中负责制定决策和执行能力的大脑区域。

Moser说：“我们认为这些结果共同表明了一条主管预测活动的新信号通路，这对于动物做出行动选择去到地图上的目的位置至关重要。这一数据还提供了证据，证实了丘脑在大脑皮层区域之间长距离的通讯中所起的作用。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

A prefrontal–thalamo–hippocampal circuit for goal-directed spatial navigation

Spatial navigation requires information about the relationship between current and future positions. The activity of hippocampal neurons appears to reflect such a relationship, representing not only instantaneous position but also the path towards a goal location. However, how the hippocampus obtains information about goal direction is poorly understood. Here we report a prefrontal–thalamic neural circuit that is required for hippocampal representation of routes or trajectories through the environment. Trajectory-dependent firing was observed in medial prefrontal cortex, the nucleus reuniens of the thalamus, and the CA1 region of the hippocampus in rats. Lesioning or optogenetic silencing of the nucleus reuniens substantially reduced trajectory-dependent CA1 firing. Trajectory-dependent activity was almost absent in CA3, which does not receive nucleus reuniens input. The data suggest that projections from medial prefrontal cortex, via the nucleus reuniens, are crucial for representation of the future path during goal-directed behaviour and point to the thalamus as a key node in networks for long-range communication between cortical regions involved in navigation.