2022年第3期的《当代神经生物学研究》(Current Research in Neurobiology)发表了题为《内嗅皮层与海马交互形成空间全局一致编码》(Entorhinal-hippocampal interactions lead to globally coherent representations of space)的研究论文。该研究由东京大学曾太平博士在北京师范大学系统科学学院斯白露教授的指导下完成。该研究构建了一种内嗅皮层与海马交互作用的导航模型，从理论上为网格细胞可以作为动物导航的统一全局空间度量提供了依据。

人与动物通过将外面环境在大脑中形成认知地图实现了惊人的导航能力。导航过程中计算任何环境两点之间距离对与导航至关重要。在哺乳动物大脑的内嗅皮层中网格细胞编码被认为提供了一种有效的统一空间度量，能够支持所有环境中的空间推断。然而，最近实验结果表面，在复杂环境中，网格细胞的全局发放模式被打断，锚定到局部空间。网格细胞的空间编码是由局部信息决定还是能够形成全局一致编码仍未确定。

图注：全局一致编码理论。通过内嗅皮层-海马神经环路的交互作用能够使用网格细胞形成全局一致的空间编码，从理论上证明了网格细胞可以作为空间导航的统一空间度量。

该研究针对网格细胞在复杂环境是否能够形成全局一致编码的问题，提出一种内嗅皮层和海马交互的导航模型。在路径积分系统中，网格细胞和头方向细胞整合运动和视觉信息，形成吸引子状态来表示动物的位置和头部方向。在认知地图构建系统中，将路径积分系统的吸引子状态作为节点，将吸引子状态之间的转换作为连结。在闭环时，当动物重新访问一个熟悉的地方时，通过最小化里程计误差的方式对拓扑认知地图进行校准。拓扑认知地图的变化被重新映射回路径积分系统，以校正网格细胞和头方向细胞发放活动。该研究建立的内嗅皮层-海马环路模型克服了网格细胞和头方向细胞放电图受到局部信息的扭曲产生失真，利用海马-内嗅皮层的交互作用，能够实现头方向细胞和网格细胞的全局一致编码。所提出的模型在逼真的迷宫中在类似老鼠的微型机器人上进行了测试，网格细胞和头方向细胞都通过地图校准和神经活动校正形成了全局一致的放电图。从理论上证实了网格细胞可以作为动物导航的全局空间度量，海马-内嗅皮层环路从经验序列中刻画环境结构的潜在机制对于理解情景记忆至关重要。

本研究围绕脑科学与类脑智能、计算神经科学、机器人学广泛关注的交叉领域，根据已知神经生物学事实做出全局一致编码的假设，并结合机器人平台验证了网格细胞可以作为动物导航的全局空间度量，为将来类脑智能与空间导航理论研究提供新思路。

论文引用：Zeng, Taiping, Bailu Si, and Xiaoli Li. "Entorhinal-hippocampal interactions lead to globally coherent representations of space." Current Research in Neurobiology (2022): 100035. DOI:10.1016/j.crneur.2022.100035

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2665945X22000080

作者：斯白露

审核：王大辉

编辑：兰松