精品视频一区二区三区 利用微型化双光子技术揭示自我中心（主观）表征神经机制

以自我中心（主观视角）为参考系的外部物体编码对于导航至关重要，因为大多数感官刺激在这一坐标系中表征（前后左右）。而人们广为熟知的位置细胞、网格细胞和头朝向细胞是以世界为中心编码（客观视角），涉及到类似于东西南北这样的坐标系。但是世界中心的编码是建立在自我中心编码的计算和转换之上的。虽然近期在围绕内侧颞叶导航和记忆系统的大脑区域中对自我中心表征已有初步报道，但关于自我中心编码如何处理相同或不同场景中的不同物体的神经机制仍然所知甚少。

为了在亚细胞结构层面解析自我中心（主观）表征的神经机制，作者利用了超维景自主研发的微型化高分辨率双光子显微镜（FHIRM-HR），可以长时间观测近千个树突棘（spine）和树突（dendrite），实现树突棘和树突精细结构的成像。

2023年12月14日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所王成研究员团队和南方科技大学生命科学学院陈小菁助理教授团队联合在国际著名期刊Neuron发表题为“Egocentric processing of items in spines, dendrites, and somas in the retrosplenial cortex “ 的研究论文。利用微型化双光子成像技术等研究手段，该论文报道了：1）自我中心神经元在突触层次信息传递过程中呈现功能聚类；2）不同场景募集独立群体的自我中心神经元。

论文上线截图

在旷场自由觅食导航任务、虚拟现实导航任务中，作者首先利用单光子钙成像记录和研究了压后皮层 (Retrosplenial cortex, RSC) 神经元活动的自我中心表征，接下来为了在亚细胞结构层面上探讨自我中心表征的机制，作者使用了FHIRM-HR对RSC神经元的树突和树突棘进行了活体双光子钙成像。作者发现，约47% (36/76) 的树突和约30% (241/802) 的树突棘具有显著的自我中心边界调节（图1），以上研究表明RSC神经元及其亚细胞结构可以编码有关环境边界的自我中心信息。

图1. 微型化双光子显微镜下树突、树突棘的自我中心表征

进一步对采集的双光子数据分析结果显示，RSC神经元接受了与自我中心信号整合的不同类型的功能输入，自我中心输入可能有助于提高分配中心空间选择性（图2）。分析树突棘和树突的调谐曲线发现，相似调节的自我中心树棘突的空间聚集可能有助于加强自我中心选择性，以自我为中心的树突的调谐相关性显著大于非以自我为中心的树突（图3）。树突棘的活动特征反映了突触前输入的功能属性，而树突的活动特性反应了突触后对输入进行整合的性质。研究结果揭示了树突中具有显著自我中心调谐的功能聚类，这表明可能存在专门的神经功能通道用于处理编码不同场景中物体的自我中心信息。

图2. 树突和树棘突中空间选择性、头部方向和轴承边界的交互作用

图3. 轴承边界调谐的微观组织

为了检验这些细胞是否还表征不同场景中的物体，作者又进一步比较了在两个任务中不同物体的自我中心编码，发现在截然不同的空间导航任务中，相互独立群体的神经元编码不同场景中的物体。即一个细胞属于自我中心边界细胞（编码旷场中的环境边界）和自我中心地标细胞（编码虚拟现实世界中的地标）的概率与两个维度独立编码的预期一致。这些发现支持自我中心表征采用labeled line编码的观点，即有专门的细胞群体专门处理不同场景中的不同物体，而不是分布式的群体编码。

总结

在该研究中，研究团队解析了自我中心神经元在亚细胞层次的组织结构，并发现其在不同场景下，自我中心神经元在结构功能上的变化，该研究对理解生物体如何编码处理空间信息，构建抽象的空间感知有重要启发，对人工智能领域类脑智能算法的设计和研究具有重要的借鉴意义。

【参考文献】

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