Nat Commun丨北京大学苗成林团队在小鼠海马CA1区发现多重空间记忆编码方式

海马的位置细胞可代表啮齿类动物在一个环境中的位置，海马中的位置细胞编码空间记忆信息，这些依赖空间位置选择性放电的神经元单元称为place fields (PFs)。

基于此，2024年5月2日北京大学生命科学学院苗成林研究团队在Nature communications杂志发表了“Multiplexed representation of others in the hippocampal CA1 subfield of female mice”揭示了雌性小鼠海马CA1亚区中其他多重表征。

在这项研究中，作者研究了他人在自由行为和任务中的表现，在任务中，雌鼠学会了跟随一个同种动物获得奖励。追求任务的学习改善了社会向量细胞的调整，但它们的数量保持不变。总的来说，尽管倾向于将自我作为参考点，但海马在多个坐标系统中灵活地编码他人的位置。

图一 CA1中的多路社会编码更倾向于社会向量表征

为了研究海马中的社会空间表征，作者记录了CA1神经元的钙信号，使用[x,y]坐标构建了四个空间地图。同时小鼠在直径70厘米的圆形开阔场地中与熟悉的同笼动物一起觅食10分钟。通过比较这些地图中的空间信息，作者将每个细胞分类为自我位置细胞（selfPC）、社会位置细胞（socialPC）、异中心社会向量细胞(alloSVC)或自我中心社会向量细胞(egoSVC)。细胞百分比最高的类别是selfPC，其次是egoSVC和alloSVC。只有很少数量的细胞被归类为社会socialPC，这表明在自由交互过程中，社交载体编码是CA1神经元的首选策略。研究结果表明，相对位置而不是绝对位置是在小鼠单细胞水平上代表同种特异性的主要CA1策略。CA1在自由交互过程中比其他策略更倾向于社会向量编码。

图二 以自我为中心的社交载体细胞代表了小鼠的身份

作者接下来拍摄一只鼠和两只笼子里的同伴在一个开阔的场地上自由觅食。为了区分它们，在其中一个鼠的头部连接LED。发现大量的egoSVCs只代表了一只鼠的相对位置，每个细胞的亚群具有相似的信息率水平。发现大量的egoSVCs只代表了一只小鼠的相对位置，每个小鼠中特化的细胞亚群具有相似的信息率水平。作者观察到，当给定细胞的两个社会向量图指向同一只小鼠时，相关性更高，这表明egoSVCs编码小鼠身份。然而也发现，对于两种小鼠被归类为egoSVC的细胞，涉及不同小鼠的地图之间的相关性高于一只小鼠的特化细胞。这一观察结果表明，在社会向量表征中，个体之间存在一定程度的泛化。用一只鼠的相对位置训练了一个解码器，并用它来解码同一只鼠或另一只鼠的相对位置，使用至少一只鼠的所有细胞分类为egoSVC。

图三 熟悉的和不熟悉的同种特征的EgoSVC表示

由于社会互动是由熟悉度调节的，作者还探究笼中伴侣与其他同种动物的社会表征是否相似。在连续10天的时间里，训练一只小鼠在野外环境中自由觅食，第一阶段与笼子里的伴侣共享场地，第二阶段与一只不熟悉的小鼠共享场地。对不熟悉的小鼠显著升高，在每天暴露10天后没有适应的迹象。作者比较了熟悉和不熟悉小鼠的egoSVC探究这种行为差异是否与不同的egoSVC表征相关。为了理解个体细胞信息内容与群体解码之间的这种明显矛盾，作者评估了实验中的错误作为不同关键变量的函数:熟悉度(是否包括熟悉或不熟悉的小鼠)，交互作用(在给定时间点动物是否相互作用)和小鼠之间的距离。结果表明，尽管小鼠与不熟悉的同种动物互动更多，但egoSVC更准确地代表了熟悉的同种动物的位置，尽管这种差异很小。

图四 以自我为中心的社会向量表征依赖于环境

考虑到海马位置细胞在不同环境中重新映射，作者进一步探究环境是否调节了自我位置细胞的社会表征。在不同的熟悉环境中，作者连续三次拍摄了一只鼠在同一同种动物的陪伴下自由觅食的图像:分别是在一个小的50厘米边的方形盒子，一个大的70厘米边的方形盒子和一个直径70厘米的圆形盒子。因此，连续实验之间的比较探究了环境大小(1 vs. 2)和形状(2 vs. 3)的问题。作者发现，两种类型的环境变化都会在社会向量表示中产生重新映射，因此许多细胞仅在一种环境中被归类为egoSVCs。此外，重叠指数不高于1，这表明与之前发现的个体之间的适度泛化不同，egoSVCs在情境中没有泛化。由于地图的形状和大小不同，无法通过空间相关性来评估它们的相似性。作者使用平均事件率的点积来比较一个细胞的活动。相同情境下两半之间的点积明显高于不同情境下两半之间的点积。对alloSVCs的分析显示了非常相似的结果。总的来说，这些结果表明，CA1社会向量表征是由情境、身份和对共享行为领域的同类的熟悉程度调节的。重要的是，这种特征与对象向量细胞形成对比，后者倾向于泛化物体和环境。

图五 学习追求任务可以提高社会向量编码

接下来，作者探究社会向量表征是否与社会任务中的表现有关。为了回答这个问题，设计了一个行为范例，在这个范例中，鼠学会在一个圆形轨道上紧密跟随一个同种来获得奖励。鼠需要不同次数的才能理解任务的目的并将其与奖励联系起来，之后到达目标的延迟时间急剧减少。将实验分类为对照(所有初始与给定的成像鼠)和训练(延迟时间相对于前一天下降到30%以下)。整个学习过程的成像能够比较自然对照和训练过的小鼠的egoSVC表征。作者观察到，学习并不影响归类为egoSVCs的细胞比例。然而，经过训练的小鼠的egoSVCs具有更高水平的空间信息内容，与较少的场数和较小的场大小相关。作者接下来探究这些差异是否在种群水平上有影响解码被追赶鼠位置的能力。经过交叉验证的解码错误对于受过训练的动物比对照动物要小。这些结果表明，当动物从事社会任务时，egoSVC表征得到改善。发现这些结论大多数也适用于alloSVCs。

总结：

作者的研究结果表明，在社会环境中，海马中同时存在自我和他人的多种表征，这可能会最大化一个环境中所有潜在互动的可用信息。

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