PNAS：新发现！海马非位置细胞对模糊的位置信息目标有识别能力，但在AD小鼠中消失
记忆导向的定位需要整合位置信息和任务需求，这种行为依赖于海马神经元，尤其是位置细胞（可以编码环境特征，显示位置）。然而，当空间和任务相关的非空间信息出现矛盾时，即空间提示提供了模糊的信息关于如何找到目标时，我们对海马的应对知之甚少。
Singer教授团队据此对海马中的非位置细胞（不需要强烈的环境信息也能激活）在上述场景中发挥的作用进行了研究，并在2022年3月发表了题为“Goal discrimination in hippocampal nonplace cells when place information is ambiguous”的文章于Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America （PNAS）杂志。
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非位置细胞相比于位置细胞
能够更好地区分正确和错误的目标
该团队设计了一个虚拟现实（VR）任务来评估神经元对视觉线索、到奖励的距离和在环境中的全局位置的神经反应。在该任务中，小鼠可以在一个环形的轨道中自由运动，假如舔舐两个正确的目标区域，则会获得奖赏。
这两个目标区有明显不同的墙壁图案，但是这些图案会出现两次，第1次出现时，虽然图案与目标区域一致，但是小鼠舔舐不会获得奖赏，该区域为假目标区域，当第2次出现时，出现的是真的目标区域，小鼠舔舐会得到奖赏，即奖赏位置不能仅仅通过墙壁图案来区分，而是通过墙壁图案出现的顺序，小鼠跑过的距离来区分。因此，可以说在这个任务中，位置提示提供了模糊的目标信息，小鼠无法仅仅通过位置提示来获得目标区域的信息（图1.A）。
结果发现，位置细胞和非位置细胞对于空间信息的放电率不同（图1.A和B）。为了检测细胞对正确和错误目标的区分能力，该团队比较了小鼠去错误目标（虚假目标相似性）和正确目标（正确目标相似性）的细胞放电率（图1.C），定义了目标区分指数（GDI，正确目标相似性-虚假目标相似性/虚假目标相似性的绝对值+正确目标相似性的绝对值），指数越接近1，其区分正确目标和错误目标的能力却强，结果显示非位置细胞相比于位置细胞能够更好地区分正确和错误的目标（图1.D）。
图1.野生型（WT）小鼠海马CA1神经元的目标区分能力
非位置细胞改善了任务相关的编码
包括位置、到目标的距离以及目标区分
该团队使用贝叶斯解码器来评估所有记录的细胞是如何代表动物穿越轨道时的环境信息，并且通过排除位置细胞或者非位置细胞来了解它们对信息解码的贡献（图2）。
结果显示，相较于全细胞水平，排除非位置细胞可以导致位置解码的准确性降低，虽然降低程度没有排除位置细胞的明显（图2.B-F）。此外，相较于位置细胞，排除非位置细胞会导致更高的正确和错误目标的区分错误率（图2.G）。
图2.非位置细胞提高了目标编码的全局位置和距离，并增强了对错误和真实目标区域的区分
非位置细胞在正确和错误的
行为试验中放电模式不同
为了探索非位置细胞的活动是否受到任务表现的调节，该团队将正确和不正确的试验分别定义为动物至少舔一次或不舔奖励区域，并且使用成对相位一致性（PPC）的方法检测神经元放电的同步性。
结果显示，位置细胞在正确和不正确的试验中的相位调节没有不同（图3.A-C），但是在错误目标区域，非位置细胞在不同试验中，其20-40hz波段（与慢γ-振荡(30-60hz)重叠）的调节显著不同，在60-80hz波段（在中等γ-振荡（60-100hz）范围内）的调节则是有趋势的不同（图3.C），其中在正确试验中，非位置细胞的慢γ-振荡的发生减少，中等γ-振荡的发生增加（图3.D-F）。
图3. 非位置细胞的γ调节在正确和错误的试验中是不同的
非位置细胞的目标区分能力
在阿尔茨海默病模型小鼠中出现损伤
之后，该团队使用已经出现海马神经元丢失和空间记忆损伤的AD模型小鼠（5xFAD）进行和上述一样的正确/不正确试验，小鼠能够完成该实验，但是其在错误目标区域的速度明显降低，且与WT小鼠相比，正确试验中的AD小鼠的非位置细胞在错误目标区域的放电率没有发生改变，其20-40hz波段以及60-80hz波段在正确和不正确试验中也没有不同（图4.C-E），140-或者160-波段（落于快γ-振荡范围）则明显减弱（图4.B）。
图4. 5xFAD小鼠非位置细胞异常的行为依赖的γ调节
总 结
非位置细胞具有目标区分能力，当空间信息模糊时，可以携带与目标相关的任务信息进行定位，这种能力可能与γ振荡相关，然而这种能力在AD模型小鼠中消失。
参考文献
Zhang, et al. Goal discrimination in hippocampal nonplace cells when place information is ambiguous. P NATL ACAD SCI USA. 2022, 119, No. 11 e2107337119.
https://doi.org/10.1073/pnas.2107337119.
编译作者：KK（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）