科技日报记者 雍黎 通讯员 曾理
头方向细胞被认为是“大脑内部的指南针”，但人们对头方向细胞的编码机制知之甚少。4月19日，记者从陆军军医大学新桥医院获悉，该院神经外科张生家教授团队的最新研究成果“躯体感觉皮层中窄调谐的头方向和头部角速度细胞”，近日在国际顶级学术期刊《尖端科学》（《Advanced Science》）在线发表，首次在单细胞水平上揭示了窄调谐头方向细胞的神经编码机制。
据了解，经典的空间导航系统由海马的位置细胞与内嗅皮层的网格细胞、头方向细胞和边界细胞等构成，该理论认为海马-内嗅皮层是介导大脑空间导航系统的唯一中枢, 但是张生家团队前期研究发现，躯体感觉新皮层单个脑区中同时存在与海马-内嗅皮层神经网络中类似的多种空间导航细胞，组成了一套全新且完整的空间导航系统，拓展了经典的空间导航理论，相关研究成果于2021年发表在《细胞研究》（《Cell Research》）上。
此次发表的论文是在前期研究上的延伸和拓展，该研究探索经典大脑空间导航系统海马体外的新脑区，在躯体感觉皮层中发现了头方向细胞以及头部角速度细胞；同时鉴定出这种大脑高精度指南针细胞是由快速簇状放电的抑制性神经元编码，这一新发现拓展了头方向细胞只由兴奋性神经元编码的传统观点，也突破了抑制性神经元编码外部感觉刺激的选择性通常较弱的经典理论，首次在单细胞水平上揭示了窄调谐头方向细胞的神经编码机制。
“大脑的空间导航系统与神经退行性疾病密切相关。例如，在老年痴呆症早期，大脑空间定位系统最先受到损伤，其中网格细胞最早出现凋亡及放电异常，导致患者认知功能出现障碍，找不到回家的路。”张生家教授介绍，他们进行的这项研究在经典海马体介导的空间导航系统之外首次发现躯体感觉皮层全新的空间导航系统，不仅扩展了传统空间导航系统的理论、赋予了躯体感觉皮层除编码触觉、痛觉、温度和本体感受以外的新功能，还对神经退行性疾病的研究和治疗提供了潜在的新靶向脑区。未来通过基因治疗的方法可以靶向修复受损的网格细胞来延缓和干预老年痴呆症。
此外，躯体感觉皮层中新型的空间编码原理可以启发类脑智能研究借鉴躯体感觉皮层中神经环路的空间编码和记忆机制，来开发出更强健、优化和节能的类脑导航系统。
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