近日，南方科技大学生命科学学院神经生物学系陈小菁助理教授团队和中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所王成研究员团队合作，在学术期刊 Nature Communications 上发表题为“Early and late place cells during postnatal development of the hippocampus”的研究论文，揭示了海马空间认知功能的发育机制，为探索大脑空间认知“先天-后天”相互作用提供了关键证据。

空间认知是动物个体得以生存的一种重要能力，它帮助动物完成导航、记忆以及适应环境等关键任务。空间认知能力既依赖于先天的神经基础，也受到后天学习经验的深刻影响。前人在海马中发现了可以编码空间位置的细胞，在内侧内嗅皮层中发现可以在环境中多个特定位置呈六边形网格状放电的网格细胞，在背侧前下托等脑区发现编码动物头方向信息的头方向细胞等，这些细胞类型为空间认知提供了神经基础。然而，这些细胞在动物出生后的发育早期的功能，其成熟变化的过程，以及发育早期神经网络的功能和变化过程仍有许多未解之谜。

通过单光子钙成像技术，团队对自由移动的幼年大鼠海马CA1脑区进行了从第17天至第28天的长期记录。与先前的研究结果一致，团队发现在发育早期就出现了编码空间信息的细胞，它被称为早期位置（Early place cells）。团队在线性轨道和开放旷场这两种不同的环境下进行了测试，结果表明早期位置细胞在多个环境中都展现出较高的空间编码能力，并且它们的空间编码能力的高排序在跨天测试中保持一致。然而，与发育晚期和成年动物相比，早期位置细胞的位置场在跨天的稳定性上相对较弱。这一发现暗示早期位置细胞可能构成了初步认知地图的重要基础，为新生个体提供了先天的导航能力。随着发育，更多细胞发育成为位置细胞，这些细胞被称为晚期位置细胞。晚期位置细胞的空间编码能力在发育早期迅速增强，而早期位置细胞在发育早期的空间编码能力并没有显著提高。这一发现提示晚期位置细胞可能为个体在后天学习的过程中提供了环境适应的能力。

团队还观察到，随着发育，海马细胞集群的同步性增加，早期位置细胞更倾向于形成高度同步的细胞集群。这表明海马空间认知能力的提高可能是细胞个体编码能力与细胞群体网络共同发育的结果。此外，通过高分辨率双光子显微成像技术，团队对海马CA1脑区的深层和浅层神经元进行了精细的监测。结果显示，早期位置细胞在海马CA1的深层和浅层都存在，但深层细胞的同步性显著高于浅层细胞。

总而言之，本研究揭示了早期位置细胞和晚期位置细胞的动态发育过程，为认识空间认知能力的发育提供了新的视角，为海马功能发育过程中的“先天-后天”相互作用提供了关键证据。

南方科技大学博士研究生王晨悦、中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员阳弘江博士为本论文的共同第一作者，陈小菁、王成为论文共同通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。该研究得到了科技创新 2030 —“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54320-z

供稿：生命科学学院

通讯员：付文卿

主图：丘妍

编辑：曾昱雯