哪些后部脑区为海马和内嗅皮层的类地图编码提供输入,使其支持导航?

海马和内嗅皮层的类地图编码依赖后部脑区的输入,但确切的来源仍只被部分确定。

直接答案

现有证据尚未完全确定哪些后部脑区为海马和内嗅皮层的类地图编码提供输入。可以明确的是,内嗅皮层向海马输送结构化的周期性空间信号,并且这一内嗅-海马回路在心理导航期间可以依靠内部产生的信号运作[3][4]。后部内嗅皮层的结构差异也与个体导航能力的差异相关,提示后部区域对这些编码有所贡献[5]。

5篇文献引用

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内嗅皮层向海马发送结构化的空间信号

支持后部输入参与海马类地图编码的最有力证据来自内嗅皮层。在一项人类物体匹配任务中,海马活动呈现出追踪导航方向的三重周期性模式,且该模式与内嗅皮层的六重周期性相位锁定[3]。一个为重现这一效应而构建的模型提出,内嗅皮层的网格细胞向海马投射类向量表征,这些向量的集合在海马中产生了三重模式[3]。该模型是一种解释,而非对解剖投射的直接测量,但它与观察到的两区域之间的耦合相符。

这与一个更宏观的图景相符:内嗅皮层提供全局度量框架,海马提供局部表征,两者在导航过程中相互协调[3]。这种协调中的影响方向是根据相位关系和模型推断的,而非来自对这些人类参与者物理连接的追踪。

该回路可以依靠内部产生的信号运作,而不只依赖感觉输入

对于类地图编码的任何输入而言,一个关键问题是:大脑能否在没有外部感觉线索的情况下驱动它们。在执行心理导航任务的猴子中,内嗅皮层神经元表现出周期性和斜坡式变化,与动物看不见的地标的时间结构相匹配[4]。一个带有类赫布学习规则的连续吸引子网络模型解释了系统如何内源地回忆地标,并且该模型预测路径整合会出现短暂减慢,这一预测在放电率和行为数据中得到了证实[4]。

这表明,内嗅空间编码的至少部分驱动可以来自回路本身,而非来自后部感觉区域。该研究仅记录了内嗅皮层,因此并未确定哪些上游区域(无论是否位于后部)可能参与这种内源性回忆。

后部内嗅结构追踪导航技能

结构成像提供了互补的线索。在一项将脑结构与第一人称导航准确性联系起来的研究中,发现内嗅皮层后部的灰质体积存在差异[5]。这是解剖结构与行为之间的相关性,而非证明后部内嗅皮层就是驱动类地图编码的输入来源。不过,它确实将内嗅皮层的后部区域置于支持导航的同一系统中。

调控该回路会改变导航,但后部来源仍无定论

对健康志愿者的右侧海马-内嗅复合体进行无创刺激,改善了空间导航表现,并与海马活动调控以及内嗅皮层中类网格细胞活动减少相关[2]。这表明该回路可以被推动和拉动以改变导航行为,但刺激针对的是整个复合体,而非任何特定的后部输入区域。

综合来看,证据支持内嗅皮层是向海马提供结构化空间信号的主要来源,并表明该回路可以在内部产生类地图活动[3][4]。这些研究没有做到的是,确定哪些特定的后部皮层区域提供了使这些编码支持导航的输入。一个受大脑启发的无人机导航框架借用了相同的位置细胞和网格细胞计算来进行定位,但这只是一种工程类比,而非大脑后部输入的地图[1]。

本文引用的文献

1

受大脑启发的多尺度海马-内嗅神经网络多模态导航

一个受大脑启发的无人机导航框架使用多尺度位置细胞和网格细胞网络进行定位,但未涉及后部脑区。

2

人类空间导航期间海马-内嗅复合体的无创调控

对右侧海马-内嗅复合体进行无创θ爆发刺激改善了空间导航表现,并与海马活动调控以及内嗅皮层中类网格细胞活动减少相关。

3

导航期间内嗅-海马回路中的空间周期性计算

海马中追踪导航方向的三重周期性活动与内嗅六重周期性相位锁定,一个模型提出内嗅网格细胞向海马投射向量表征。

4

灵长类内嗅皮层中的心理导航

猴子内嗅皮层神经元在没有外部地标的情况下于心理导航期间表现出周期性和斜坡式变化,与通过连续吸引子网络进行内源性回忆相一致。

5

海马和内嗅灰质体积的结构差异支持第一人称导航能力的个体差异

在一项将海马和内嗅结构与第一人称导航准确性的个体差异联系起来的研究中,发现内嗅皮层后部的灰质体积存在差异。