小柯生命報(bào)導(dǎo)
上海時(shí)間2020年8月6日晚，法國(guó)科學(xué)與技術(shù)研究所（IST,）的科研團(tuán)隊(duì)在《神經(jīng)元》上發(fā)表論文，發(fā)覺(jué)海馬齒狀回的神經(jīng)元可以過(guò)濾而且放大空間信息。
轉(zhuǎn)租車(chē)司機(jī)怎么在紛繁復(fù)雜的大道小巷保持精準(zhǔn)的方向感？這離不開(kāi)腦部中一個(gè)很非常的腦區(qū)，海馬—大腦的定位系統(tǒng)（GPS）。
為了更深入地了解這個(gè)腦區(qū)的功能，IST的研究人員通過(guò)深入研究大鼠腦部GPS系統(tǒng)里單個(gè)神經(jīng)元，發(fā)覺(jué)海馬齒狀回的顆粒細(xì)胞(cell)可以過(guò)濾并放大其接收的空間信息。
海馬的主要功能是幫助我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中導(dǎo)航，也為此而得名：腦部的GPS。海馬可分為齒狀回細(xì)胞膜片，CA3，CA2和CA1四個(gè)區(qū)域。
海馬從上級(jí)神經(jīng)元接收大量的信息，而這種信息只有一部份是與空間相關(guān)的，海馬須要篩選出與空間相關(guān)的有用信息并傳輸給下游腦區(qū)。
因而海馬須要一個(gè)敬業(yè)的看門(mén)人。這個(gè)看門(mén)人的角色很可能由海馬齒狀回的顆粒細(xì)胞所承當(dāng)，由于這類(lèi)細(xì)胞是海馬接收上游信息的第一站。
怎樣確定顆粒細(xì)胞
IST研究人員PeterJonas院士，張曉敏以及Alois旨在于研究顆粒細(xì)胞的聯(lián)通號(hào)。并且，這個(gè)任務(wù)確實(shí)極具挑戰(zhàn)。
原本的好多研究表明，好多領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)家都不能百分之百確保她們記錄的聯(lián)通號(hào)是來(lái)自顆粒細(xì)胞。
“因?yàn)辇X狀回集聚了多種不同種類(lèi)的神經(jīng)元，但是她們是極其緊湊的集聚在一起，所以很難確保所記錄的聯(lián)通號(hào)一定是來(lái)自顆粒細(xì)胞。”該文章的第一作者張曉敏說(shuō)。
其次，顆粒細(xì)胞即使數(shù)目龐大，而且卻是十分安靜。所以，所記錄的聯(lián)通號(hào)好多時(shí)侯會(huì)被其他比較活躍神經(jīng)元干擾。
海馬的看門(mén)人
首先，研究人員搭建了一套新穎的活體膜片鉗記錄系統(tǒng)，該技術(shù)才能記錄到在大鼠探求一個(gè)新環(huán)境時(shí)，顆粒細(xì)胞所接收和輸出的聯(lián)通號(hào)。
其次，她們結(jié)合監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)出新的剖析算法細(xì)胞膜片，拿來(lái)解碼顆粒細(xì)胞所接收和輸出的聯(lián)通號(hào)。
為了確保所記錄的聯(lián)通號(hào)確實(shí)來(lái)自顆粒細(xì)胞，所記錄的細(xì)胞在記錄時(shí)被注入了生物標(biāo)記物以便捷實(shí)驗(yàn)后對(duì)細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)行鑒別。
該研究組一共記錄了近百個(gè)顆粒細(xì)胞，為該領(lǐng)域提供了這種數(shù)據(jù)迄今為止最大的數(shù)據(jù)庫(kù)。
她們發(fā)覺(jué)，在大鼠探求新環(huán)境時(shí)，接近一半的顆粒細(xì)胞會(huì)接收到有關(guān)空間信息的訊號(hào)，而且只有接近5%的顆粒細(xì)胞能成功地把接收的有關(guān)空間信息的訊號(hào)傳輸?shù)较录?jí)神經(jīng)元。所以，顆粒細(xì)胞行使海馬看門(mén)人的功能。
空間信息的整合
但是，顆粒細(xì)胞除了參與篩選信息，并且還參與對(duì)該信息進(jìn)行加工及整合。該團(tuán)隊(duì)還發(fā)覺(jué)顆粒細(xì)胞所接收的空間信息是低毒的，并且輸出的空間信息卻是十分有選擇性的。
海馬的上游皮層是由網(wǎng)格細(xì)胞（gridcell）組成，網(wǎng)格細(xì)胞在多個(gè)位置領(lǐng)取電訊號(hào)，而海馬下游的位置神經(jīng)元（placecell）一般只能在單一位置領(lǐng)取電訊號(hào)。
該研究表明顆粒細(xì)胞參與從多個(gè)位置到單一位置的空間信息轉(zhuǎn)換。“通俗來(lái)說(shuō)，顆粒細(xì)胞就好似翻譯機(jī)一樣，可以把英語(yǔ)翻譯成英文。”P(pán)eterJonas院士解釋說(shuō)。
為未來(lái)信息儲(chǔ)存估算能力
近一半的顆粒細(xì)胞會(huì)接收有關(guān)空間信息的訊號(hào)，但只有5%左右的顆粒細(xì)胞能成功地把接收的相關(guān)空間信息的訊號(hào)翻譯下來(lái)并傳遞給下游神經(jīng)元。
張曉敏說(shuō)：“那些發(fā)育成熟的顆粒細(xì)胞更為活躍，而這些發(fā)育還沒(méi)有完全成熟的顆粒細(xì)胞則保持沉默。”
為何齒狀回會(huì)有如此一個(gè)奇特的設(shè)計(jì)呢？為何大部份顆粒細(xì)胞不直接拿來(lái)編碼當(dāng)前的信息呢？
研究人員覺(jué)得海馬是把大部份顆粒細(xì)胞預(yù)留出來(lái)，等到她們完全成熟后可以編輯將來(lái)的信息，因而可以避開(kāi)相像信息的相互干擾。
這項(xiàng)研究再度提醒我們活體單細(xì)胞膜片鉗技術(shù)的潛力。“我們的研究除了提供了腦部GPS工作的內(nèi)在機(jī)制，并再度突出指出了單個(gè)神經(jīng)元強(qiáng)悍的估算能力。”P(pán)eterJonas院長(zhǎng)總結(jié)。
相關(guān)論文信息：
原文編輯|余荷
原文排版|王大雨
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