頭方向細胞被認為是“大腦內(nèi)部的指南針”，但人們對頭方向細胞的編碼機制知之甚少。4月19日，記者從陸軍軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院獲悉，該院神經(jīng)外科張生家教授團隊的最新研究成果“軀體感覺皮層中窄調(diào)諧的頭方向和頭部角速度細胞”，近日在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《尖端科學(xué)》(《Advanced Science》)在線發(fā)表，首次在單細胞水平上揭示了窄調(diào)諧頭方向細胞的神經(jīng)編碼機制。

據(jù)了解，經(jīng)典的空間導(dǎo)航系統(tǒng)由海馬的位置細胞與內(nèi)嗅皮層的網(wǎng)格細胞、頭方向細胞和邊界細胞等構(gòu)成，該理論認為海馬-內(nèi)嗅皮層是介導(dǎo)大腦空間導(dǎo)航系統(tǒng)的唯一中樞, 但是張生家團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，軀體感覺新皮層單個腦區(qū)中同時存在與海馬-內(nèi)嗅皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中類似的多種空間導(dǎo)航細胞，組成了一套全新且完整的空間導(dǎo)航系統(tǒng)，拓展了經(jīng)典的空間導(dǎo)航理論，相關(guān)研究成果于2021年發(fā)表在《細胞研究》(《Cell Research》)上。

此次發(fā)表的論文是在前期研究上的延伸和拓展，該研究探索經(jīng)典大腦空間導(dǎo)航系統(tǒng)海馬體外的新腦區(qū)，在軀體感覺皮層中發(fā)現(xiàn)了頭方向細胞以及頭部角速度細胞;同時鑒定出這種大腦高精度指南針細胞是由快速簇狀放電的抑制性神經(jīng)元編碼，這一新發(fā)現(xiàn)拓展了頭方向細胞只由興奮性神經(jīng)元編碼的傳統(tǒng)觀點，也突破了抑制性神經(jīng)元編碼外部感覺刺激的選擇性通常較弱的經(jīng)典理論，首次在單細胞水平上揭示了窄調(diào)諧頭方向細胞的神經(jīng)編碼機制。

“大腦的空間導(dǎo)航系統(tǒng)與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)。例如，在老年癡呆癥早期，大腦空間定位系統(tǒng)最先受到損傷，其中網(wǎng)格細胞最早出現(xiàn)凋亡及放電異常，導(dǎo)致患者認知功能出現(xiàn)障礙，找不到回家的路。”張生家教授介紹，他們進行的這項研究在經(jīng)典海馬體介導(dǎo)的空間導(dǎo)航系統(tǒng)之外首次發(fā)現(xiàn)軀體感覺皮層全新的空間導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅擴展了傳統(tǒng)空間導(dǎo)航系統(tǒng)的理論、賦予了軀體感覺皮層除編碼觸覺、痛覺、溫度和本體感受以外的新功能，還對神經(jīng)退行性疾病的研究和治療提供了潛在的新靶向腦區(qū)。未來通過基因治療的方法可以靶向修復(fù)受損的網(wǎng)格細胞來延緩和干預(yù)老年癡呆癥。

此外，軀體感覺皮層中新型的空間編碼原理可以啟發(fā)類腦智能研究借鑒軀體感覺皮層中神經(jīng)環(huán)路的空間編碼和記憶機制，來開發(fā)出更強健、優(yōu)化和節(jié)能的類腦導(dǎo)航系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)航系統(tǒng) 軀體感覺 老年癡呆癥 內(nèi)嗅皮層 神經(jīng)退行性疾病