海馬迴 (hippocampus) 在動物的定向與空間記憶中扮演極重要的角色。O’ Keefe 博士與兩位 Moser 博士即因發現海馬迴的位置細胞 (place cells) 與相鄰的內嗅皮質 (entorhinal cortex) 網格細胞 (grid cells) 等等、提出空間認知與記憶的形成機制而獲得 2014 年諾貝爾生理醫學獎 [1]。
一般情況下，當動物進入熟悉的環境，海馬迴中的 CA1 區域 (Cornu Ammonis areas) 會有大約 30% 的錐體細胞 (pyramidal cells) 被活化─此類細胞即為位置細胞─形成明顯的位置活化區 (place fields)；而這類細胞的活動則形成對整個空間展開的認知地圖。雖然有些神經細胞毫無疑問地可被歸類為位置細胞、形成位置活化區，但其他神經細胞在某些環境下，能否被視為位置細胞則不是那麼明確。過去對空間記憶的討論多針對位置細胞，然而有很多神經細胞在任意給定的環境下未必總是位置細胞。
本文中，Meshulam 等人描述了位置細胞和非位置細胞的集體行為 [2]，沿用 Tank 團隊的實驗方法，讓具有鈣離子顯影基因 GCaMP3 的小鼠置身於虛擬實境跑步機 [3]，針對小鼠海馬迴中的 CA1 區域用雙光子顯微鏡成像、同時紀錄約 80 個神經細胞被觸發的活動，利用最大熵模型 (maximum entropy methods) [4] 估計神經細胞反應的數量分布、求近似兩兩細胞活動的相關係數。結果顯示，此相對簡單的機率模型可以藉由神經網路中其他細胞狀態預測每個神經元的活動，比起傳統觀點─個別位置細胞分別解譯空間資訊形成認知地圖─更精準。由此，要理解神經元的集體行為，不只需要掌握調節神經元的外在因素也需要掌握它內在網路的影響。
圖片來源：https://goo.gl/bvBgJ4
參考文獻：
- 【腦中GPS系統－記住回家的路】https://wp.me/p8xXDA-CX
- Meshulam, L., Gauthier, J. L., Brody, C. D., Tank, D. W., & Bialek, W. (2017). Collective Behavior of Place and Non-place Neurons in the Hippocampal Network. Neuron, 96(5), 1178-1191.e4. doi:10.1016/j.neuron.2017.10.027
- Dombeck, D. A., Harvey, C. D., Tian, L., Looger, L. L., & Tank, D. W. (2010). Functional imaging of hippocampal place cells at cellular resolution during virtual navigation. Nature Neuroscience, 13(11), 1433–1440. doi: 10.1038/nn.2648
- Jaynes, E.T. (1957). Information theory and statistical mechanics. Phys. Rev. 106, 620. doi:10.1103/PhysRev.106.620
