Nature速递：“神经罗盘”漂移和重新定向过程中的群体动力学

　　原创 集智编辑部 集智俱乐部

　　关键词：脑网络，神经罗盘，方向感知，空间表征，神经动力学

　　论文题目：Population dynamics of head-direction neurons during drift and reorientation

　　论文来源：Nature

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05813-2

　　头方向（head direction, HD）系统通常被称为“神经罗盘”，是方向感的基础，被经典地形式化为一维环形吸引子网络。与全局一致的磁罗盘相比，头方向系统没有一个统一的参考系。相反，它锚定在局部线索上，在线索旋转时保持稳定的偏移，在没有参照物的情况下漂移。然而，关于锚定和漂移机制的问题仍然没有解决。

　　最近的研究表明，睡眠期间头方向细胞活动的巨大变化不能用单一的维度来解释。这一观察对内部头方向表征是一个单维（即角度）结构的经典观点提出了挑战，并促使人们从群体的角度进一步调查其复杂性，以了解是否需要额外的维度来全面掌握系统如何适应清醒时的不稳定条件（即变化、缺失和/或冲突的感官信息）。

　　这项最新发表于 Nature 的研究，在视觉地标的受控旋转过程中，使用钙成像技术对丘脑高清细胞进行了群体记录。在整个实验中，细胞群体活动沿着第二个维度变化，作者称之为网络增益，特别是在线索冲突和模糊的情况下。沿着这个维度的活动预测了重新排列和漂移动态，包括网络重新排列的速度。在黑暗中，网络增益保持了先前显示的地标的“记忆痕迹”。进一步的实验表明，在短时间（但不是更长时间）暴露于旋转的线索后，高清网络恢复到其基线方向。这种经验依赖表明，头方向神经元和分配中心线索之间先前的关联记忆得到了保持，并影响了头方向内部表征。

　　在这些结果的基础上，作者表明，视觉地标的连续旋转诱导了在黑暗中持续存在的头方向表征的旋转，证明了头方向系统的经验依赖的重新校准。最后，论文提出了一个计算模型来形式化神经罗盘如何灵活地适应不断变化的环境线索，以保持头方向的可靠表征。这些结果挑战了头方向系统的经典一维解释，并提供了该系统与其锚定线索之间相互作用的见解。

　　图1. 小鼠前背丘脑核的细胞群体记录。

　　图2. 内部表征对基线参考系的吸引力是时间依赖的。

　　图3. 光流校准头方向变化的积分。

　　编译｜刘志航

　　原标题：《Nature 速递：“神经罗盘”漂移和重新定向过程中的群体动力学》

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