Динамика кодирования пространства нейронами поля CA1 гиппокампа мышей в задаче свободной навигации в различных обстановках
- Авторы: Сотсков В.П.1, Плюснин В.В.1, Докукин Н.В.1, Поспелов Н.А.1, Анохин К.В.1,2
-
Учреждения:
- Институт перспективных исследований мозга Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
- Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 778-781
- Раздел: Материалы конференции
- Статья получена: 14.11.2023
- Статья одобрена: 16.11.2023
- Статья опубликована: 15.12.2023
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/623340
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623340
- ID: 623340
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Формирование устойчивых когнитивных специализаций нейронов находится в центре внимания современной нейронауки. Важным примером таких специализаций являются пространственные специализации нейронов места, имеющих одно или несколько пространственно-рецептивных полей (полей места) [1].
В предыдущих исследованиях нами была подробно проанализирована динамика формирования полей места в нейронах гранулярного слоя поля CA1 гиппокампа мышей в задаче произвольной свободной навигации в кольцевом треке [2]. В качестве основного параметра стабильности пространственной специализации нейронов места нами была предложена динамическая селективность, позволяющая отслеживать латенцию формирования каждого из полей места, а также динамику селективности нейронов места по отношению к соответствующим полям места как в течение одной сессии съёмки, так и между разными сессиями. Однако в одномерных средах, таких как упомянутый выше кольцевой трек, поля места могут проявлять специфичность относительно направления движения животного [3], что существенно усложняет анализ в случае произвольности траектории движения. В связи с этим нами были проведены дополнительные эксперименты по съёмке нейронной активности мышей в двухмерных средах: в прямоугольном открытом поле с объектами, а также в круглой арене с изменяемым количеством препятствий.
В настоящей работе проведён сравнительный анализ основных параметров динамики формирования пространственных специализаций (латенция специализации, средняя динамическая селективность, начальный прирост селективности, доля «немедленных» полей места, т.е. стабильных с самого первого их посещения животным) в одномерном кольцевом треке и в двухмерных аренах. Обнаружено, что средняя селективность полей места возрастала во всех сессиях, достигая бόльших значений в повторных сессиях по сравнению с первой сессией в новой для животного обстановке. При этом доля «немедленных» полей места оставалась значительной, изменяясь от 11% всех полей места в круглой арене с препятствиями до 25% всех полей места в кольцевом треке.
Кроме того, нами был проведён популяционный анализ нейронной активности для первой сессии в кольцевом треке и в круглой арене с препятствиями. В результате понижения размерности популяционных векторов при помощи лапласовых собственных карт была реконструирована траектория животных, причём точность такой реконструкции находилась в согласовании со средней динамической селективностью для каждого из животных, взятых в анализ. Тем самым была проведена верификация динамической селективности как меры качества кодирования пространства всей зарегистрированной популяции нейронов.
Ключевые слова
Полный текст
Формирование устойчивых когнитивных специализаций нейронов находится в центре внимания современной нейронауки. Важным примером таких специализаций являются пространственные специализации нейронов места, имеющих одно или несколько пространственно-рецептивных полей (полей места) [1].
В предыдущих исследованиях нами была подробно проанализирована динамика формирования полей места в нейронах гранулярного слоя поля CA1 гиппокампа мышей в задаче произвольной свободной навигации в кольцевом треке [2]. В качестве основного параметра стабильности пространственной специализации нейронов места нами была предложена динамическая селективность, позволяющая отслеживать латенцию формирования каждого из полей места, а также динамику селективности нейронов места по отношению к соответствующим полям места как в течение одной сессии съёмки, так и между разными сессиями. Однако в одномерных средах, таких как упомянутый выше кольцевой трек, поля места могут проявлять специфичность относительно направления движения животного [3], что существенно усложняет анализ в случае произвольности траектории движения. В связи с этим нами были проведены дополнительные эксперименты по съёмке нейронной активности мышей в двухмерных средах: в прямоугольном открытом поле с объектами, а также в круглой арене с изменяемым количеством препятствий.
В настоящей работе проведён сравнительный анализ основных параметров динамики формирования пространственных специализаций (латенция специализации, средняя динамическая селективность, начальный прирост селективности, доля «немедленных» полей места, т.е. стабильных с самого первого их посещения животным) в одномерном кольцевом треке и в двухмерных аренах. Обнаружено, что средняя селективность полей места возрастала во всех сессиях, достигая бόльших значений в повторных сессиях по сравнению с первой сессией в новой для животного обстановке. При этом доля «немедленных» полей места оставалась значительной, изменяясь от 11% всех полей места в круглой арене с препятствиями до 25% всех полей места в кольцевом треке.
Кроме того, нами был проведён популяционный анализ нейронной активности для первой сессии в кольцевом треке и в круглой арене с препятствиями. В результате понижения размерности популяционных векторов при помощи лапласовых собственных карт была реконструирована траектория животных, причём точность такой реконструкции находилась в согласовании со средней динамической селективностью для каждого из животных, взятых в анализ. Тем самым была проведена верификация динамической селективности как меры качества кодирования пространства всей зарегистрированной популяции нейронов.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Источник финансирования. Исследование выполнено при финансовой поддержке Некоммерческого Фонда развития науки и образования «Интеллект», а также Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ имени М.В. Ломоносова «Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект».
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Об авторах
В. П. Сотсков
Институт перспективных исследований мозга Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: vsotskov@list.ru
Россия, Москва
В. В. Плюснин
Институт перспективных исследований мозга Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Email: vsotskov@list.ru
Россия, Москва
Н. В. Докукин
Институт перспективных исследований мозга Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Email: vsotskov@list.ru
Россия, Москва
Н. А. Поспелов
Институт перспективных исследований мозга Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Email: vsotskov@list.ru
Россия, Москва
К. В. Анохин
Институт перспективных исследований мозга Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова; Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина
Email: vsotskov@list.ru
Россия, Москва; Москва
Список литературы
- O’Keefe J., Dostrovsky J. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat // Brain Res. 1971. Vol. 34, N 1. P. 171–175. doi: 10.1016/0006-8993(71)90358-1
- Sotskov V.P., Pospelov N.A., Plusnin V.V., Anokhin K.V. Calcium imaging reveals fast tuning dynamics of hippocampal place cells and ca1 population activity during free exploration task in mice // Int J Mol Sci. 2022. Vol. 23, N 2. P. 638. doi: 10.3390/ijms23020638
- McNaughton B.L., Barnes C.A., O’Keefe J. The contributions of position, direction, and velocity to single unit activity in the hippocampus of freely-moving rats // Exp Brain Res. 1983. Vol. 52, N 1. P. 41–49. doi: 10.1007/BF00237147
Дополнительные файлы
