Hippocampus：虚拟导航中猕猴的海马和前额叶皮层的视图细胞

在灵长类动物的海马（HPC）中发现了被特定环境视图选择性激活的细胞。视图细胞是否存在于大脑的其他区域，以及它们如何与位置和物体特征的编码相互作用，目前尚不清楚。加拿大西安大略大学研究人员通过记录猕猴使用操纵杆导航环境时的海马和外侧前额叶皮层（LPFC）中的神经元的反应来探索这些问题。

他们的成果“View cells in the hippocampus and prefrontal cortex of macaques during virtual navigation”发表在近期的Hippocampus杂志上。

研究发现，在具有复杂和动态视觉刺激的虚拟环境中导航时，在HPC和LPFC两个区域都发现了视图细胞。大多数视图细胞不受改变对象颜色或环境线索的影响，然而，有一小部分视图细胞对这两种特征表现出选择性。视图细胞可能为日间活动的灵长类动物通过凝视探索来编码环境的复杂性和布局，最终能够建立指导导航的空间认知地图。

实验装置

猴子坐在电脑显示器前定制的灵长类动物椅子上（眼睛-屏幕距离：80厘米；视角：32°×24°；分辨率：1280×1024，刷新率为75 Hz）。通过使用双轴操纵杆在虚拟环境任务中导航（图1a）。

任务

X形迷宫的两端各有一个“Y”型走廊。猴子使用操纵杆从迷宫的一端导航到另一端。当猴子到达分支点（决策点）时，会出现两个彩色圆盘。猴子在两个颜色的圆盘之间做出选择（图1b）。然后，猴子必须导航到一个圆盘上（目标）才能获得相应的果汁奖励。奖励的大小由环境线索决定，即应用在迷宫墙壁上的两种纹理，木木墙意味着目标是蓝色的圆盘，钢墙意味着目标是绿色的圆盘。因为光盘的颜色每天都会变化，新的颜色是随机的，不会与上一轮试验重复，猴子必须将环境和颜色关联起来，才能执行任务。光盘颜色对应奖励的高、中、低等级值（相对奖励值分别为100%、50%和0%）。在HPC实验中，每个环节使用三个颜色的圆盘。在LPFC实验中，使用两种颜色（高奖励和低奖励）（图1c）。

图1猴子在虚拟环境中执行环境-对象关联任务

HPC和LPFC中的视图细胞

记录了猕猴的右侧海马体（HPC）神经元和左侧外侧前额叶皮层（LPFC）神经元。研究发现，在决策期间，选择性神经元的比例比导航期间高。视图而不是注视屏幕的位置驱动了神经元的选择性。并且，大多数对虚拟视图具有选择性的神经元不受虚拟位置的影响。

图2 在导航期间，HPC和LPFC细胞对决策点的虚拟视图的响应更快

图3大多数对虚拟视图的选择性神经元不受虚拟位置（迷宫的北端或南端）的影响

对象特征的选择性

研究中使用了两种非空间特征，圆盘的颜色和环境纹理。研究发现，在HPC和LPFC的一些个体神经元对不同的颜色（图5a）或不同的环境线索有不同的反应（图5b）。

图5 对虚拟视图和可见特征有选择性的神经元

图6虚拟视图选择细胞可以对对象的颜色和环境线索的视觉特征进行选择

视图和对象交互

研究提出，任务相关刺激可能会在决策期间驱动大量的选择性视图神经元，但改变视图中的一些任务相关参数似乎对大多数视图神经元影响不大，只有一小部分被颜色或环境调节。

结论

研究描述了猕猴在虚拟环境中导航的HPC和LPFC中的视图细胞，发现视图细胞不是HPC独有的，它们可能在新皮层的执行区域中占更大的比例，如LPFC。视图细胞可能与指导情景性长期记忆的认知地图的形成有关，代表了灵长类动物导航底层的信息处理的分布特性。HPC和LPFC之间的相互作用被认为是情景记忆形成的基础。未来的研究应解决这些区域之间信息传递的时间动态。

文章中使用了Cerebus 多通道神经信号采集系统（Blackrock Microsystem）。Cerebus系统是记录和分析大脑和周边神经系统信号的数据采集硬件和软件系统，是用于动物神经生理学实验的多通道数据采集系统，功能强大且操作简便。

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文章链接：

https://doi.org/10.1002/hipo.23534

参考文献

Corrigan BW, Gulli RA, Doucet G, et al. View cells in the hippocampus and prefrontal cortex of macaques during virtual navigation. Hippocampus. 2023;33(5):573-585. doi:10.1002/hipo.23534