苗成林课题组发现海马CA1细胞编码社交对象位置的新机制

　　动物的认知地图有助于动物在环境中形成对自己位置的空间表征，在这一过程中，大脑海马中的位置细胞[1]和内嗅皮层的网格细胞[2]发挥着重要作用。对社交同伴空间位置的表征可能积极参与到动物社交的活动过程，之前已有研究在大鼠[3]和蝙蝠[4]的海马中发现了能表征社交同伴的位置信息的社交位置细胞，然而这种对同伴的位置表征是基于自我为中心坐标系还是非自我为中心坐标系尚不清楚，此外，这些细胞在不同情景下的特征也尚不明确。

　　2024年5月2日，北京大学生命科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所苗成林课题组在Nature Communications上发表了研究论文Multiplexed representation of others in the hippocampal CA1 subfield of female mice，该文章以进行自由社交活动的小鼠作为研究对象，利用单光子钙成像技术对海马CA1中的细胞进行成像，对动物社交过程中的空间表征进行了更深入的探索并得到新的结论。

　　在本论文的研究中，作者采用单光子钙成像技术，让成像小鼠与社交同伴在旷场中自由活动和社交，通过分析钙成像信号和小鼠的社交轨迹，揭示了海马CA1中的多种社交空间表征机制。研究发现海马中社交同伴的表征是通过多个平行的策略来进行的，除了之前研究发现的表征成像小鼠自身的位置细胞（self-place cell）和表征社交对象位置的社交位置细胞（social-place cell）外，他们发现CA1中的细胞会采用与社交同伴的相对位置来编码其在空间中的位置，包括非自我为中心的社交向量细胞（allocentric social-vector cell）和自我为中心的社交向量细胞（egocentric social-vector cell）。

　　在社交的过程中，这几类细胞都能较好地在各自的坐标系下编码空间位置信息，其中少部分细胞可以编码同伴相对于环境的位置（社交位置细胞）。相比之下，自我为中心的社交向量细胞的空间编码特异性最高，该细胞的表征方式不同于之前发现的常用的以环境（非自我为中心）建立参考系的方式，意味着海马CA1在表征自我和他人的空间位置时采用的策略上存在差异。

　　图1 小鼠CA1脑区中多种空间表征小鼠倾向使用社交向量方式编码社交同伴

　　随后，作者进一步探究了社交向量细胞在不同情景下进行社交空间表征的性质，如成像小鼠与不同小鼠同伴社交时表征的变化。研究表明，当成像小鼠与不同社交同伴社交时，社交向量细胞的空间表征会发生重映射，以区别不同小鼠的空间相对位置，证明了该类细胞可以区分同伴小鼠的身份信息；此外，社交向量细胞的表征还存在一定的泛化性，即一个细胞可以表征多个小鼠同伴的位置。自我为中心的社交向量细胞对熟悉同伴的空间表征中优于对不熟悉同伴的空间表征，说明与同伴的接触经验可以调控社交空间的表征。

　　接下来，作者发现当成像小鼠在不同环境中进行社交时，社交向量细胞的表征发生了完全重映射，暗示环境的形状和大小会影响社交向量细胞的编码。

　　最后，作者探究了社交向量细胞的社交空间表征是否与小鼠在社交任务中的表现有关，他们设计了一个追逐任务，在任务中成像小鼠通过学习追逐社交同伴来获得食物奖励。研究发现，当成像小鼠参与到这个与社交相关的学习任务中时，自我为中心的社交向量细胞的数目保持不变，但是其表征效果随着经验的增加而逐渐改善，表征的位置更加准确，说明学习经历会对细胞编码产生影响，经验的增加使其能够更好地编码同伴的位置信息，暗示了可塑性在社会空间表征中所起的关键作用。

　　图2 追逐任务中的行为范式

　　总而言之，海马CA1中的细胞存在多种表征社交空间的方式，这有利于小鼠在与同伴进行社交的过程中更好地确定他们所处的位置。研究小鼠社交空间的编码机制有利于启发对社交过程中空间编码的作用和功能的相关思考，并拓展到人类大脑对空间的编码，加深对人类空间认知地图理论的理解[5, 6]。

　　参考文献：

　　[1] O'Keefe, J. & Dostrovsky, J. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain. Res. 34, 171–175 (1971).

　　[2] Fyhn, M., Molden, S., Witter, M. P., Moser, E. I. & Moser, M. B. Spatial representation in the entorhinal cortex. Science 305, 1258–1264 (2004).

　　[3] Danjo, T., Toyoizumi, T. & Fujisawa, S. Spatial representations of self and other in the hippocampus. Science 359, 213–218 (2018).

　　[4] Omer, D. B., Maimon, S. R., Las, L. & Ulanovsky, N. Social place-cells in the bat hippocampus. Science 359, 218–224 (2018).

　　[5] Zhang, X., Cao, Q., Gao, K. et al. Multiplexed representation of others in the hippocampal CA1 subfield of female mice. Nat. Commun. 15, 3702 (2024).

　　[6] 张翔. 小鼠海马CA1的社交向量细胞编码同伴的空间位置. 北京大学博士研究生学位论文. (2024).

　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47453-8