Goal discrimination in hippocampal nonplace cells when place information is ambiguous.

作者:Annabelle C. Singer, Lu Zhang

Introduction:

  1. 海马( HPC )位置细胞(place cell)对于目标导向的导航很重要
    • 位置野(place field)会在目标位置周围集群
    • 不到6%的海马细胞可以表征奖赏
    • 一些研究表明,一个位置可以同时表征一个明显的事物(what)和一个位置(where)
  2. gamma oscillations (30 to 150 Hz)
    • gamma振荡会在在回避任务或交替任务的正确试验前升高
    • Coordinated spike timing被认为是通过驱动神经元在短的时间窗口内一起发射来放大空间编码,从而使协调的细胞更有效地驱动下游的神经元。
    • theta-nested medium gamma (60 to 100 Hz) is reported to arise from entorhinal inputs and sensory processing
      Theta-nested slow gamma (30 to 60 Hz) arises from CA3

Results:

  1. VR,环形跑道,2个正确奖励点,2个错误奖励点,四种wall pattern每个只出现两次,奖励点出现的wall pattern既会出现在奖励点也会出现在非奖励点,如图
  1. 将跑道分为了四个部分,第一部分和第三部分为to false goal,第二部分和第四部分为to true goal,并将1、3之间和2、4之间可以通过Pearson correlation coefficients计算similarity scores。然后定了一个Goal Discrimination Index (GDI):
    • ??? = (???????2-4 − ???????1-3)⁄(|???????2-4| + |???????1-3|)
    • 当数值越接近1,说明细胞在to true goal前的放电越相似,而to false goal前越不相似。
    • 不论goal similarity(前半部分和后半部分跑道计算Pearson correlation coefficients)和spatial information值为多少,place cellGDI指数都接近0,而nonplace cell会跟高一点,说明nonplace 能很好区分true goal 和 false goal
  2. 使用贝叶斯解码器,发现不论是place cell 还是 nonplace cell对于准确解析当前位置或者到goal距离都有贡献,但是在除了true goal以外的位置都会高于随机的概率被错误解析为在true goal,如图。当排除掉place cell后解析的准确度有提高,说明place cell对于区分true goal有干扰,nonplace 的放电有助于区分true goal 和false goal。
  1. 使用pairwise phase consistency分析了在正确试验和错误试验中,gamma的变化,发现在false goal区域,正确试验组的slow gamma相比错误试验下降,而medium gamma上升.
  2. 在Alzheimer disease模型鼠中重复前面的实验和分析发现,nonplace cell 区分true goal 和false goal的能力下降

Zhang, Lu, et al. “Goal discrimination in hippocampal nonplace cells when place information is ambiguous.” Proceedings of the National Academy of Sciences 119.11 (2022): e2107337119.

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