伦敦大学学院塞恩斯伯里威康中心的研究人员发现，海马体创造了一种基于矢量的表示，以支持动物做出最佳的导航决定。
研究人员今天发表在《自然》杂志上的研究结果，对解决海马定位细胞如何促进灵活导航的问题大有帮助。他们报告说，在导航到目标的过程中，除了已经确定的动物当前位置外，位置细胞还代表了到目标的方向和距离的信息。他们利用蜂窝式迷宫(一种行为装置)发现了这种目标导向信息，蜂窝式迷宫将通往目标的导航分解为一系列二元选择。
迷宫由61个可单独升高的平台组成。而在每个独立的平台上，老鼠可以选择两个相邻的平台向目标移动，如果要成功，应该选择离目标方向最近的平台。动物继续通过这些迭代选择，直到达到目标。因此，这项任务可以系统地分析动物在朝着目标前进过程中做出的导航决定。在每个选择点，位置细胞报告方向和距离的目标，以及动物当前的位置。
“蜂巢迷宫与神经科学中的其他行为任务非常不同，因为我们可以用它向动物展示一系列平台的选择，以导航到一个目标。这让我们可以看到导航过程中的迭代决策，”奥基夫实验室的高级研究员、该论文的第一作者杰克·奥蒙德博士说。
当老鼠参与蜂巢迷宫任务时，奥蒙德博士和约翰·奥基夫(John O’keefe)教授通过位置细胞(place cell)进行了记录。位置细胞是奥基夫教授首次发现的一类神经元，它们共同构成了空间的内部表征。这些记录使他们能够观察空间表征是如何与空间行为的位置细胞活动相关的。
一组单独的位置细胞的活动创建了一个指向未标记位置的向量场，称为汇聚点(con汇)，分布在迷宫和周围空间，但集中在目标附近。在位置细胞种群水平，整体向量场从迷宫的每一点指向目标位置，提供一个动物可以跟随到达目标的信号。
“当我们观察所有细胞的放电率时，我们发现当动物面对目标时，这些细胞的放电最强烈。我们还发现，每个位置细胞都有首选位置，我们将其命名为consink。这些consink分散在整个环境中，但它们在目标周围的密度最大，”奥蒙德博士评论道。
然而，除此之外，射击还提供了其他方向的信息，并根据如果动物不能采取直接的方法，每个方向对动物到达目标的效果进行排名。例如，偏离目标方向45度比偏离目标方向90度更好。这个信号的存在回答了一个问题，即当直接路径被阻断时，动物如何找到它们的目标。
如果这些总体矢量信号对导航到目标有用，那么当目标位置改变时，它们应该以适当的方式改变。这正是实验者的发现。在重新训练动物找到新目标后，向量场和consink向新目标转移，并随着经验的增加继续向新目标靠拢。
同样重要的是，如果海马体表征用于导航，那么动物完成任务的能力和海马体对目标方向的表征之间应该有很好的相关性。奥蒙德和奥基夫发现，在错误试验中，海马的信号不再指向目标，而是指向另一个方向，导致动物犯错。
该研究表明，海马位置细胞正在形成一种基于矢量的表示，以支持导航决策。矢量被定义为同时具有方向和长度，矢量场提供环境中每个位置的矢量。重要的是，只有在细胞群体水平上，矢量场才指向目标:海马体作为一个整体来支撑导航。
研究人员的下一步是探索ConSink的位置是如何由环境中的特定线索以及动物自身生成的路径整合信号决定的，这些信号反映了它走了多远和多快。他们还计划利用这项行为任务来探索大脑中与空间导航有关的其他区域，包括邻近海马体的下区，以及包含网格细胞的内嗅皮层。这种实验范式非常适合于解剖海马体在阿尔茨海默病动物模型中的作用，在这些模型中，灵活导航的失败是这种疾病的最早迹象之一。
奥基夫教授说:“我们已经知道海马体对灵活导航至关重要很多年了，这项研究是我们理解海马体如何做到这一点的重要一步。在接下来的几年里，我们希望了解海马结构中不同的空间细胞类型是如何构建这种基于向量的表达的。我们还相信，在导航过程中记录ConSink定位细胞将为解剖阿尔茨海默病小鼠模型中的缺陷提供一个强大的工具。”
