空間認(rèn)知是動(dòng)物個(gè)體得以生存的一種重要能力，它幫助動(dòng)物完成導(dǎo)航、記憶以及適應(yīng)環(huán)境等關(guān)鍵任務(wù)?？臻g認(rèn)知能力既依賴于先天的神經(jīng)基礎(chǔ)，也受到后天學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的深刻影響。前人在海馬中發(fā)現(xiàn)了可以編碼空間位置的細(xì)胞，在內(nèi)側(cè)內(nèi)嗅皮層中發(fā)現(xiàn)可以在環(huán)境中多個(gè)特定位置呈六邊形網(wǎng)格狀放電的網(wǎng)格細(xì)胞，在背側(cè)前下托等腦區(qū)發(fā)現(xiàn)編碼動(dòng)物頭方向信息的頭方向細(xì)胞頭方向細(xì)胞等，這些細(xì)胞類型為空間認(rèn)知提供了神經(jīng)基礎(chǔ)。然而，這些細(xì)胞在動(dòng)物出生后的發(fā)育早期的功能，其成熟變化的過程，以及發(fā)育早期神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能和變化過程仍有許多未解之謎。

為了進(jìn)一步解析海馬神經(jīng)元在空間認(rèn)知功能上的發(fā)育機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在大鼠海馬神經(jīng)元層面探索大腦空間認(rèn)知的原理，作者利用超維景自主研發(fā)的高分辨型微型化雙光子顯微鏡（FHIRM-HR），實(shí)現(xiàn)了在大鼠海馬淺層及深層的神經(jīng)元成像。

2024年11月21日，南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)系陳小菁助理教授團(tuán)隊(duì)和中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所王成研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在國際著名期刊Nature Communications上發(fā)表題為“Early and late place cells during postnatal development of the hippocampus”的研究論文。利用微型化雙光子成像技術(shù)等研究手段，揭示了海馬空間認(rèn)知功能的發(fā)育機(jī)制，為探索大腦空間認(rèn)知“先天-后天”相互作用提供了關(guān)鍵證據(jù)。

論文上線截圖

作者進(jìn)一步利用微型化雙光子顯微成像技術(shù)，對(duì)海馬CA1腦區(qū)的深層和淺層神經(jīng)元進(jìn)行了精細(xì)的監(jiān)測(cè)。以往結(jié)果顯示，CA1 區(qū)深層和淺層細(xì)胞具有不同的特性和發(fā)育起源，因此作者使用雙光子成像研究了深層和淺層中早期位置細(xì)胞的分布和特性。在3只幼年大鼠出生后的17天到19天，每天進(jìn)行線性軌道和開放曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)范式并同時(shí)成像海馬腦區(qū)，共記錄到了2676 個(gè)深層細(xì)胞和 6073 個(gè)淺層細(xì)胞。通過計(jì)算深層和淺層細(xì)胞的基本放電特性，并沒有發(fā)現(xiàn)存在顯著差異，推測(cè)放電率差異存在大鼠發(fā)育成熟期。且結(jié)果顯示，早期位置細(xì)胞在海馬CA1的深層和淺層都存在，但深層細(xì)胞的同步性顯著高于淺層細(xì)胞。

總之，該研究揭示了早期位置細(xì)胞和晚期位置細(xì)胞的動(dòng)態(tài)發(fā)育過程，為我們認(rèn)識(shí)空間認(rèn)知能力的發(fā)育提供了新的視角，為海馬功能發(fā)育過程中的“先天-后天”相互作用提供了關(guān)鍵證據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

Wang, C., H. Yang, S. Chen, C. Wang & X. Chen (2024) Early and late place cells during postnatal development of the hippocampus. Nat Commun, 15, 10075.10.1038/s41467-024-54320-z