《Neuron》大脑在光明和黑暗中的不同“导航”机制

　　

为了在环境中成功导航，你需要不断追踪你的头部的速度和方向，即使是在黑暗中。伦敦大学学院(UCL)塞恩斯伯里威康中心(Sainsbury Wellcome Centre)的研究人员发现，老鼠大脑中被称为压后扣带皮层（Retrosplenial cortex）的区域的单个细胞和细胞网络是如何编码这种头部有角度的运动的，从而使老鼠在白天和晚上都能导航。

“当你坐在行驶的火车上，世界以车厢运动的速度经过你的窗户，但外部世界的物体也在相对彼此移动。我们实验室的主要目的之一是了解大脑如何使用外部和内部信息来区分异心运动和以自我为中心的运动。这篇论文是帮助我们理解单个细胞是否真的能够获得自我运动和(如果可以的话)由此产生的外部视觉运动信号的第一步。”

在今天发表在《Neuron》杂志上的这项研究中，SWC的研究人员发现，压后扣带皮层使用前庭信号来编码头部的速度和方向。然而，当灯亮时，头部运动的编码明显更准确。

“当灯亮着的时候，视觉地标可以更好地估计你自己的速度(你的头在移动)。如果你不能很可靠地编码你的头部转动速度，那么你很快就会失去方向感。这也许可以解释为什么，尤其是在新环境中，一旦关灯，我们的导航能力就会变得更差，”Troy Margrie说。

为了了解大脑是如何在有或没有视觉线索的情况下进行导航的，研究人员记录了动物在一个大舞台上自由漫步时，压后扣带皮层各层神经元的情况。这使得神经科学家能够识别大脑中被称为角头速度(AHV)细胞的神经元，这种细胞跟踪头部的速度和方向角度。

Margrie实验室的高级研究员，论文的第一作者Sepiedeh Keshavarzi也记录了在头部固定的条件下，去除特定的感觉/运动信息的AHV神经元。通过比较在黑暗和有视觉线索(垂直光栅)的情况下非常精确的头部角旋转与自由运动条件下的结果，Sepiedeh能够确定当前庭输入单独可以产生头部角速度信号时，当视觉信息可用时，它们对头部运动速度的灵敏度大大提高。

“虽然我们已经知道，压后扣带皮层参与了空间定向和自我运动引导导航的编码，但这项研究让我们能够在网络和细胞水平上观察整合。我们发现单个细胞可以看到两种信号:前庭信号和视觉信号。同样至关重要的是，一项行为任务的发展使我们能够确定，当有视觉线索出现时，老鼠提高了对自己头部角速度的估计。当有视觉线索时，头部运动的编码和老鼠对其运动速度的估计都显著提高，这是非常令人信服的，”Troy Margrie评论道。

下一步将是探索将前庭和视觉信息带到压后扣带皮层的路径，以及这些信号可能被传递到哪里。例如，我们现在知道，初级视觉皮层有一个强大的反馈回路，它也接收与跑步速度有关的运动信号。未来旨在分离和操纵特定类型的神经活动的实验，将告诉我们大脑皮层如何消除自动产生的信号与异心信号的歧义，这一过程对我们如何在复杂的视觉世界中导航至关重要。

“Multi-sensory coding of angular head velocity in the retrosplenial cortex” 15 November 2021, Neuron.
DOI: 10.1016/j.neuron.2021.10.031