新研究發現海馬CA1細胞編碼社交對象位置的新機制

Nature Communications | 苗成林課題組發現海馬CA1細胞編碼社交對象位置的新機制

動物的認知地圖有助于動物在環境中形成對自己位置的空間表征，在這一過程中，大腦海馬中的位置細胞[1]和內嗅皮層的網格細胞[2]發揮著重要作用。對社交同伴空間位置的表征可能積極參與到動物社交的活動過程，之前已有研究在大鼠[3]和蝙蝠[4]的海馬中發現了能表征社交同伴的位置信息的社交位置細胞，然而這種對同伴的位置表征是基于自我為中心坐標系還是非自我為中心坐標系尚不清楚，此外，這些細胞在不同情景下的特征也尚不明確。

近日，來自生命中心、北京大學生命科學學院的苗成林課題組在Nature Communications上發表了研究論文Multiplexed representation of others in the hippocampal CA1 subfield of female mice，該文章以進行自由社交活動的小鼠作為研究對象，利用單光子鈣成像技術對海馬CA1中的細胞進行成像，對動物社交過程中的空間表征進行了更深入的探索并得到新的結論。

在本論文的研究中，作者采用單光子鈣成像技術，讓成像小鼠與社交同伴在曠場中自由活動和社交，通過分析鈣成像信號和小鼠的社交軌跡，揭示了海馬CA1中的多種社交空間表征機制。研究發現海馬中社交同伴的表征是通過多個平行的策略來進行的，除了之前研究發現的表征成像小鼠自身的位置細胞（self-place cell）和表征社交對象位置的社交位置細胞（social-place cell）外，他們發現CA1中的細胞會采用與社交同伴的相對位置來編碼其在空間中的位置，包括非自我為中心的社交向量細胞（allocentric social-vector cell）和自我為中心的社交向量細胞（egocentric social-vector cell）。

在社交的過程中，這幾類細胞都能較好地在各自的坐標系下編碼空間位置信息，其中少部分細胞可以編碼同伴相對于環境的位置（社交位置細胞）。相比之下，自我為中心的社交向量細胞的空間編碼特異性最高，該細胞的表征方式不同于之前發現的常用的以環境（非自我為中心）建立參考系的方式，意味著海馬CA1在表征自我和他人的空間位置時采用的策略上存在差異。

隨后，作者進一步探究了社交向量細胞在不同情景下進行社交空間表征的性質，如成像小鼠與不同小鼠同伴社交時表征的變化。研究表明，當成像小鼠與不同社交同伴社交時，社交向量細胞的空間表征會發生重映射，以區別不同小鼠的空間相對位置，證明了該類細胞可以區分同伴小鼠的身份信息；此外，社交向量細胞的表征還存在一定的泛化性，即一個細胞可以表征多個小鼠同伴的位置。自我為中心的社交向量細胞對熟悉同伴的空間表征中優于對不熟悉同伴的空間表征，說明與同伴的接觸經驗可以調控社交空間的表征。接下來，作者發現當成像小鼠在不同環境中進行社交時，社交向量細胞的表征發生了完全重映射，暗示環境的形狀和大小會影響社交向量細胞的編碼。最后，作者探究了社交向量細胞的社交空間表征是否與小鼠在社交任務中的表現有關，他們設計了一個追逐任務，在任務中成像小鼠通過學習追逐社交同伴來獲得食物獎勵。研究發現，當成像小鼠參與到這個與社交相關的學習任務中時，自我為中心的社交向量細胞的數目保持不變，但是其表征效果隨著經驗的增加而逐漸改善，表征的位置更加準確，說明學習經歷會對細胞編碼產生影響，經驗的增加使其能夠更好地編碼同伴的位置信息，暗示了可塑性在社會空間表征中所起的關鍵作用。

總而言之，海馬CA1中的細胞存在多種表征社交空間的方式，這有利于小鼠在與同伴進行社交的過程中更好地確定他們所處的位置。研究小鼠社交空間的編碼機制有利于啟發對社交過程中空間編碼的作用和功能的相關思考，并拓展到人類大腦對空間的編碼，加深對人類空間認知地圖理論的理解。

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