10月29日，上游新闻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近日发表重要研究成果，首次揭示了在人的大脑内嗅皮层中存在的一类新型的头方向细胞，这是该团队在大脑空间导航理论领域的又一重大发现。
在人的日常生活中，人体的空间导航系统起着重要作用，是大脑的内置导航系统。经典空间导航系统由海马体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。
张生家教授团队的研究聚焦于大脑内侧前额叶皮层，在大脑中主要负责编码高级认知功能和情感行为，与计划、决策、注意力、目标导向和社交等密切相关。
专家们通过将多通道微电极植入大鼠的内侧前额叶皮层中，采集大鼠在清醒自由运动状态下腹背侧单个神经元的电活动信号，发现当大鼠靠近环境的几何边界时，边界细胞会增加放电频率。
值得注意的是，绝大多数边界细胞沿着环境的四个边界放电，这与传统的内嗅皮层边界细胞主要沿单边放电的特性形成了鲜明的对比。
在此基础上，专家们还进一步发现，内侧前额叶皮层中同时存在编码世界中心和自我中心空间坐标系的边界细胞。
最后，研究者意外地发现，内侧前额叶皮层中的边界细胞和非边界细胞都很少表现出θ节律性放电，这一结果提示在任务状态下和非任务状态下内侧前额叶皮层的神经网络活动存在显著差异。
另一研究则聚焦于大脑的“内部指南针”—头方向细胞。经典的头方向细胞具有单极调谐特性，也即当头部朝向某一特定方向时，其放电率会大幅增加。单极头方向细胞广泛分布于多个大脑区域，但理论计算模型预测了头方向网络的多个平衡状态的存在，迄今为止有别于经典单极头方向细胞的双极头方向细胞仍未被发现。
专家们将多通道微电极植入大鼠的内嗅皮层中，意外地发现了一种新型双极头方向细胞，表现出稳定的双峰方向调谐特性，在大鼠朝向两个特定方向的时候均特异性放电。此外，双极调谐特性在黑暗中和不同几何形状的环境中保持稳定。尽管单极和双极头方向细胞的调谐特性不同，但表现出相似的节律性。
该团队的一系列研究为大脑空间导航系统提供了新型组成模块。大脑空间导航系统与神经退行性疾病密切相关，其中内嗅皮层是阿尔茨海默病患者最早出现功能障碍的大脑区域之一，表现为感知方向能力的定向障碍与空间导航损害。作为一名临床专家加入该基础领域的研究，新桥医院神经外科主任吕胜青教授介绍，通过临床与基础紧密结合，该研究成果对开发治疗帕金森病和阿尔茨海默病等空间认知相关的神经退行性疾病的新方法与人工智能的类脑导航技术具有重要意义。
上游新闻记者 石亨 新桥医院供图
