海馬的位置細胞可代表嚙齒類動物在一個環(huán)境中的位置，海馬中的位置細胞編碼空間記憶信息，這些依賴空間位置選擇性放電的神經(jīng)元單元稱為place fields (PFs)。

基于此，2024年5月2日北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院苗成林研究團隊在Nature communications雜志發(fā)表了“Multiplexed representation of others in the hippocampal CA1 subfield of female mice”揭示了雌性小鼠海馬CA1亞區(qū)中其他多重表征。

在這項研究中，作者研究了他人在自由行為和任務(wù)中的表現(xiàn)，在任務(wù)中，雌鼠學(xué)會了跟隨一個同種動物獲得獎勵。追求任務(wù)的學(xué)習(xí)改善了社會向量細胞的調(diào)整，但它們的數(shù)量保持不變。總的來說，盡管傾向于將自我作為參考點，但海馬在多個坐標系統(tǒng)中靈活地編碼他人的位置。

圖一 CA1中的多路社會編碼更傾向于社會向量表征

為了研究海馬中的社會空間表征，作者記錄了CA1神經(jīng)元的鈣信號，使用[x,y]坐標構(gòu)建了四個空間地圖。同時小鼠在直徑70厘米的圓形開闊場地中與熟悉的同籠動物一起覓食10分鐘。通過比較這些地圖中的空間信息，作者將每個細胞分類為自我位置細胞（selfPC）、社會位置細胞（socialPC）、異中心社會向量細胞(alloSVC)或自我中心社會向量細胞(egoSVC)。細胞百分比最高的類別是selfPC，其次是egoSVC和alloSVC。只有很少數(shù)量的細胞被歸類為社會socialPC，這表明在自由交互過程中，社交載體編碼是CA1神經(jīng)元的首選策略。研究結(jié)果表明，相對位置而不是絕對位置是在小鼠單細胞水平上代表同種特異性的主要CA1策略。CA1在自由交互過程中比其他策略更傾向于社會向量編碼。

圖二 以自我為中心的社交載體細胞代表了小鼠的身份

作者接下來拍攝一只鼠和兩只籠子里的同伴在一個開闊的場地上自由覓食。為了區(qū)分它們，在其中一個鼠的頭部連接LED。發(fā)現(xiàn)大量的egoSVCs只代表了一只鼠的相對位置，每個細胞的亞群具有相似的信息率水平。發(fā)現(xiàn)大量的egoSVCs只代表了一只小鼠的相對位置，每個小鼠中特化的細胞亞群具有相似的信息率水平。作者觀察到，當給定細胞的兩個社會向量圖指向同一只小鼠時，相關(guān)性更高，這表明egoSVCs編碼小鼠身份。然而也發(fā)現(xiàn)，對于兩種小鼠被歸類為egoSVC的細胞，涉及不同小鼠的地圖之間的相關(guān)性高于一只小鼠的特化細胞。這一觀察結(jié)果表明，在社會向量表征中，個體之間存在一定程度的泛化。用一只鼠的相對位置訓(xùn)練了一個解碼器，并用它來解碼同一只鼠或另一只鼠的相對位置，使用至少一只鼠的所有細胞分類為egoSVC。

圖三 熟悉的和不熟悉的同種特征的EgoSVC表示

由于社會互動是由熟悉度調(diào)節(jié)的，作者還探究籠中伴侶與其他同種動物的社會表征是否相似。在連續(xù)10天的時間里，訓(xùn)練一只小鼠在野外環(huán)境中自由覓食，第一階段與籠子里的伴侶共享場地，第二階段與一只不熟悉的小鼠共享場地。對不熟悉的小鼠顯著升高，在每天暴露10天后沒有適應(yīng)的跡象。作者比較了熟悉和不熟悉小鼠的egoSVC探究這種行為差異是否與不同的egoSVC表征相關(guān)。為了理解個體細胞信息內(nèi)容與群體解碼之間的這種明顯矛盾，作者評估了實驗中的錯誤作為不同關(guān)鍵變量的函數(shù):熟悉度(是否包括熟悉或不熟悉的小鼠)，交互作用(在給定時間點動物是否相互作用)和小鼠之間的距離。結(jié)果表明，盡管小鼠與不熟悉的同種動物互動更多，但egoSVC更準確地代表了熟悉的同種動物的位置，盡管這種差異很小。

圖四 以自我為中心的社會向量表征依賴于環(huán)境

考慮到海馬位置細胞在不同環(huán)境中重新映射，作者進一步探究環(huán)境是否調(diào)節(jié)了自我位置細胞的社會表征。在不同的熟悉環(huán)境中，作者連續(xù)三次拍攝了一只鼠在同一同種動物的陪伴下自由覓食的圖像:分別是在一個小的50厘米邊的方形盒子，一個大的70厘米邊的方形盒子和一個直徑70厘米的圓形盒子。因此，連續(xù)實驗之間的比較探究了環(huán)境大小(1 vs. 2)和形狀(2 vs. 3)的問題。作者發(fā)現(xiàn)，兩種類型的環(huán)境變化都會在社會向量表示中產(chǎn)生重新映射，因此許多細胞僅在一種環(huán)境中被歸類為egoSVCs。此外，重疊指數(shù)不高于1，這表明與之前發(fā)現(xiàn)的個體之間的適度泛化不同，egoSVCs在情境中沒有泛化。由于地圖的形狀和大小不同，無法通過空間相關(guān)性來評估它們的相似性。作者使用平均事件率的點積來比較一個細胞的活動。相同情境下兩半之間的點積明顯高于不同情境下兩半之間的點積。對alloSVCs的分析顯示了非常相似的結(jié)果。總的來說，這些結(jié)果表明，CA1社會向量表征是由情境、身份和對共享行為領(lǐng)域的同類的熟悉程度調(diào)節(jié)的。重要的是，這種特征與對象向量細胞形成對比，后者傾向于泛化物體和環(huán)境。

圖五 學(xué)習(xí)追求任務(wù)可以提高社會向量編碼

接下來，作者探究社會向量表征是否與社會任務(wù)中的表現(xiàn)有關(guān)。為了回答這個問題，設(shè)計了一個行為范例，在這個范例中，鼠學(xué)會在一個圓形軌道上緊密跟隨一個同種來獲得獎勵。鼠需要不同次數(shù)的才能理解任務(wù)的目的并將其與獎勵聯(lián)系起來，之后到達目標的延遲時間急劇減少。將實驗分類為對照(所有初始與給定的成像鼠)和訓(xùn)練(延遲時間相對于前一天下降到30%以下)。整個學(xué)習(xí)過程的成像能夠比較自然對照和訓(xùn)練過的小鼠的egoSVC表征。作者觀察到，學(xué)習(xí)并不影響歸類為egoSVCs的細胞比例。然而，經(jīng)過訓(xùn)練的小鼠的egoSVCs具有更高水平的空間信息內(nèi)容，與較少的場數(shù)和較小的場大小相關(guān)。作者接下來探究這些差異是否在種群水平上有影響解碼被追趕鼠位置的能力。經(jīng)過交叉驗證的解碼錯誤對于受過訓(xùn)練的動物比對照動物要小。這些結(jié)果表明，當動物從事社會任務(wù)時，egoSVC表征得到改善。發(fā)現(xiàn)這些結(jié)論大多數(shù)也適用于alloSVCs。

總結(jié)：

作者的研究結(jié)果表明，在社會環(huán)境中，海馬中同時存在自我和他人的多種表征，這可能會最大化一個環(huán)境中所有潛在互動的可用信息。

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