空间识别途径
当你迷路或迷失方向时，你的大脑会利用周围环境的线索——或近或远的地标——来确定你的位置。你的感官收集的信息通过神经细胞或神经元传输到特定的大脑区域，在那里，信号通过电路被路由并发送到下游的区域，基本上是将信息转化为行为，让你回到正轨。
在Janelia研究园区，博士后研究科学家Mark Cembrowski，他是组长Nelson Spruston实验室的一部分，一直在努力分析这一过程的细胞、分子和行为成分，称为空间识别。他们的发现发表在4月19日的杂志上细胞，为记忆导航的神经科学提供了新的见解。
Cembrowski的主要研究目标是哺乳动物的亚区(subiculum)大脑位于海马体中，在记忆和导航中起着重要作用。亚皮质是海马体的主要“输出”，它向各种不同的区域发送信号大脑区域通过一种叫做锥体细胞．
“如果你回到几年前，打开一本教科书，你会看到经典的海马体回路，它已经被绘制了一百年，你会看到亚皮层，它被标记为一个区域，有一种类型的细胞，做一件事，”Cembrowski解释道。但是，科学家们发现事情并不像看起来那么简单。
最近，研究人员证明，锥体细胞可能在亚丘内表现出异质性;换句话说，这些细胞的子类可能会向大脑的不同区域传递不同的信号。
Cembrowski说:“据推测，大脑可能有单独的局部和全局(信息处理)通路，我们想严格检验这一假设。”
大脑使用两种线索进行导航——局部线索(基于当前环境)和全局线索(基于遥远的物体或空间的唯一标识符)。Cembrowski和他的同事们想要了解锥体细胞在亚群中的变异程度，如果他们能识别出不同的亚群，就能将它们与信息处理的差异联系起来。
这项研究的出发点是由Cembrowski的前实验室伙伴Austin Graves进行的一项实验。这项研究表明，锥体细胞在亚积液中表现出两种不同的放电模式——一些只激增一次，而另一些则突然激增。
“这就是我们的卖点，”Cembrowski回忆道。“尖刺是神经系统的语言，我们想知道不同的‘方言’是否符合不同的神经元亚类，以及我们是否可以描述这些亚类。”
Cembrowski和他的合作者感兴趣的特征包括连通性(下游的大脑目标)、基因表达和电生理学(刺突背后的科学)。
他们研究了背侧区域的锥体细胞，这个区域与动物环境信息的处理有关，他们采用了多管齐下的方法，综合了细胞生物学、遗传学、电路分析和行为神经科学的方法，以聚焦空间识别的神经根源。
“我们本可以从任何一个特定的角度来研究这个概念，”Cembrowksi说。“但在Janelia的力量在于，你不需要妥协——你可以一次性完成所有事情。”Cembrowski与Janelia的三个支持团队——定量基因组学、解剖学和组织学、Vivarium支持团队——以及MouseLight项目团队一起工作。
他们的第一步?追踪锥体细胞的路径，看看是否可以根据它们的下游目标来区分细胞的亚类。Cembrowski使用了一种特殊的逆行珠子，它可以从神经元的末端回到起始点。他将两种颜色的珠子——洋红色和绿色——注射到两个不同的目标大脑区域。他沿着这些珠子回到亚ulum的路径，发现品红和绿色的珠子落在背侧亚ulum的两个不同的空间壁龛;因此，凸显互联互通的差异。
一旦细胞进行了颜色编码，Cembrowski就可以与定量基因组学团队合作，获得测序数据，他发现绿色和品红细胞的基因表达有显著不同。
所以，下一个不可避免的问题是，连通性和基因表达细胞在处理局部线索和全局线索时所扮演的角色有何不同?
为了得到答案，Cembrowski做了一个行为实验，让老鼠在受控环境中导航。老鼠在一个小池子里游泳，里面有不透明的水和一个淹没的平台。动物知道放置在水池外一段距离的标记可以用来估计它相对于平台的位置。每次尝试，鼠标都会更快地导航到平台。
然后，与Janelia Vivarium团队合作，Cembrowski暂时沉默了小鼠下丘中的一种锥体细胞。只有绿色锥体细胞发挥作用，训练有素的老鼠以前排成一排，现在在平台上慌乱地游动。这表明，已经沉默的洋红色细胞对于收集和保留关于全局线索的信息至关重要，而绿色细胞只处理来自局部线索的信息。
最后，Cembrowski和他的同事们拼凑出，绿色的细胞是单一的尖刺，而洋红色的细胞是爆发的。“我们有很多关于电生理学差异的原因以及这些差异是如何与之相关的指导性假设信息处理Cembrowski说。
这项研究正在改变我们对记忆、行为和认知中心的大脑结构的理解。
“这是我们研究中最疯狂的事情，”他说。“我们发现，这个大脑区域，即脑下区，在神经系统运作的每个空间尺度上都有所不同，从分子到细胞再到电路。但这只是兔子洞的开始，”Cembrowski说。
Cembrowski分享了一些关于他和他的同事们面临的问题的线索:“我们已经确定了导致锥体下细胞之间电生理差异的头号嫌疑人，我们希望可以使用基因编辑来调查这一点。”
Cembrowski还想将这项工作扩展到亚皮层的全部范围，看看他们是否能识别出其他的细胞类型。此外，他们希望利用一种新的显微镜技术将空间识别实验提升到一个新的水平，这种技术可以同时显示锥体的两个亚类的活动细胞在自由移动的鼠标中。
Cembrowski说:“如果我们能建立一个环境，在实时观察神经元活动的同时，同时改变局部和远端环境的元素，我们认为这绝对是惊人的。”“这太疯狂了。”
进一步探索
