细胞网络在人类空间导航中的作用.docx

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1、细胞网络在人类空间导航中的作用文章标题：Cellularnetworksunderlyinghumanspatialnavigation作者：ArneD.Ekstrom,MichaelJ.Kahana,JeremyB.Caplan,TonyA.Fields,EveA.Isham,EhrenL.Newman&ItzhakFried.一、摘要啮齿类动物的海马位置细胞为哺乳动物的神经活动和复杂行为之间的相关提供了显著的证据。当动物经过附近的具体位置时，这些细胞的放电频率会增加，根据周围环境形成一个自我中心的地图。神经科学研究证明，在人类导航时

2、，海马和海马旁结构会有反应。但这些位置同时也对视觉刺激产生反应。因此，人类导航机制究竟是与啮齿类动物相同的机制还是是一种以视觉为基础的神经机制尚不明确。本研究记录了317个神经元在虚拟现实中进行定位任务时个体内侧颞和额叶的神经活动。据此提供神经学证据证明人类空间导航任务依赖与对具体空间位置做反应的和对视觉地标做反应的细胞。前者主要出现在海马区，后者主要在海马旁结构。额叶和颞叶细胞对个体的导航目标和地点、目标、景象的联结有反应。二、引言本研究中，七名患有难治性癫痫的病人通过颅内电极进行了单个神经元活动的记录，这些电极同时也可监测寻求可能的

3、治疗焦点。参与者进行了一个出租车司机角色扮演游戏，在虚拟的小镇中，“出租车司机”寻找随机出现在小镇中的乘客，并把乘客载到固定的位置。在探索小镇之前，参与者对眼前商店的观察引发的神经活动会被记录，这个商店在之后的游戏中参与者会经常看到。这份记录将作为观察无关物品时细胞活动的参考。本研究记录了317个神经元，其中67个在海马区，54个在海马旁区域，111个在杏仁核，85个在额叶。为了确定自然状态下空间导航中的细胞活动，本研究比较了参与者在虚拟小镇中的位置、观察到的物品、商店或目标乘客三方面的尖峰电压频率。针对细胞活动的分析发现，有42%的细

4、胞或对其中一个因素或对几个因素有显著反应，其中26%对位置作出了反应，12对景象作出了反应，21%对目的地作出了反应。16%的细胞体现出了相互影响。为了确定对景象反应的细胞不仅仅是对于参与者所在空间外的知觉，本研究比较了对于观看前方商店和导航时的神经反应，仅有2%细胞优先对具体商店的图片作反应，证明了该结果不能有效的证明在空间导航中景象对于放电频率存在影响。细胞可既对空间又对景象做出反应的现象引出了另一个问题：位置敏感细胞(place-responsivecells)事实上是在记录位置本身还是在对虚拟小镇中的特定景象做出反应？真正位置细

5、胞的存在至少应该是既不对景象也不对景象和位置的链接做出反应。因此本研究探究了一个问题，即对位置作出反应而非对景象做出反应的细胞的数目是否在一型错误率之上，以及在哪些位置这些反应会聚集。三、实验设计（一）行为实验图1图1：出租车司机游戏。a:视图景象的一个例子,随机从小镇中选取的一张照片。每个小镇包含3个有标签的目标商店，是从图库中的20张图片里随机挑选的；包含6个无标签的非目标建筑，从48张照片中随机挑选。b:具体空间布局的示例。(c–e):b图中的商店的具体图片。参与者通过电脑键盘上的箭头按键导航，以恒定速度移动。虚拟小镇包括六个无标

6、记、非目标刺激的建筑物，和三个有标记的目标商店（见图1b）。在实验的每一部分，参与者需要送七名乘客到每一个目标商店，运送顺序是随机设定的。乘客进入出租车后，会出现指导语指示参与者应该把乘客送到哪一个商店。屏幕角落里的一个文本框会提醒参与者他们的目标。每一次运载开始于乘客上车的位置，位置是随机的。每次乘客被运载到目的地后（即将出租车驾驶进入商店），参与者会被告知自己是否进行了正确的运载（参与者也会从乘客那里得到虚拟的酬劳）。随后会有文本指导参与者寻找另一名乘客，参与者需在城市中探索，直到找到另一名乘客，周而复始。在所有的角度，乘客和商店的

7、外观都是相同的，参与者需通过商店上的名字对商店进行辨别。（二）病人信息七名病人中有六名是右利手，两名女性，一名病人患有右侧颞叶癫痫，一名患有左侧额叶癫痫，其他病人均患有左侧颞叶癫痫。每名病人通过横向正交的方法深度双边植入6-14个电极。每个临床电极是一套九组的40毫米的铂铱合金微电极。微电极的信号以28千赫的频率被记录，0.6-6千赫之间的信号通过64导的收集系统进行过滤。根据内部尖峰脉冲间隔和脉冲波形参数，可确定单个细胞的反应是相对独立的。电极放置完毕后，通过核磁共振成像技术或X线断层摄影术确定电极的位置。在本研究中，所有的参与者都对

8、实验知情并且同意，所有研究符合加州大学洛杉矶分校的医学机构审查委员会的指导方针。（三）电生理现象额叶的85个细胞分布在前扣带回、眶额叶皮层和辅助运动皮层。本研究中使用的“海马旁区域（parahippocam