解析海马CA1区不同亚层锥体细胞的空间编码与计算机制

The brain’s spatial navigation system within the hippocampal-entorhinal network is a simple yet powerful platform for systems and computational neuroscience study. As the major output of the hippocampus-entorhinal network, pyramidal neurons within the hippocampal CA1 subregion are often considered to be composed of neurons with uniform morphology and functional homology. Recent study, however, showed that pyramidal neurons in different CA1 sublayers are highly heterogeneous and functionally diverse, suggesting that pyramidal neurons in different CA1 sublayers may constitute distinct microcircuits and execute unique spatial coding as well as neural computation in the hippocampus-entorhinal network. Currently, there is a lack of cell type-specific genetic tools required to precisely decode different CA1 sublayers of pyramidal neurons. Previous reports and our research found Ndst4 can selectively label deep layers of pyramidal neurons in the hippocampal subregion CA1, providing a feasible genetic marker for selectively manipulating pyramidal neurons in deep CA1 sublayer. We aim to reveal how the deep pyramidal neurons are involved in separating and integrating different inputs in the hippocampal sublayer CA1 by constructing Ndst4-Cre transgenic rats combined with chemogenetics and freely moving in vivo extracellular recording. Our systematic study in CA1 sublayers might provide new evidence for optimizing known spatial coding and computational models.

海马-内嗅皮层神经网络介导的大脑空间定位系统，是研究系统与计算神经科学一个简单而又强大的模型。海马CA1区锥体细胞作为海马-内嗅皮层的主要输出，通常被认为是由形态单一且功能同源的神经元组成，然而新的研究表明CA1区不同亚层锥体细胞具有高度异质性和功能多样性，提示不同亚层锥体细胞可能构成海马-内嗅皮层不同的神经微环路并执行独特的神经编码与计算。但是，目前缺乏精确解析CA1区不同亚层锥体细胞所需的遗传工具。文献综述和课题组前期工作发现Ndst4基因能选择性标记海马CA1区深层锥体神经元，为特异性操控CA1区深层锥体神经元提供了可行的方案。课题组拟通过构建Ndst4-Cre转基因大鼠，结合化学遗传学与自由运动多通道电生理技术，深入解析海马CA1区深层锥体神经元对不同输入进行分流及整合的神经微环路，为深化现有的空间位置编码和计算模型提供新的证据。

海马-内嗅皮层神经网络介导的大脑空间定位系统，是研究系统与计算神经科学一个简单而又强大的模型。海马CA1区锥体细胞作为海马-内嗅皮层的主要输出，通常被认为是由形态单一且功能同源的神经元组成，然而新的研究表明CA1区不同亚层锥体细胞具有高度异质性和功能多样性，提示不同亚层锥体细胞可能构成海马-内嗅皮层不同的神经微环路并执行独特的神经编码与计算。但是，目前缺乏精确解析CA1区不同亚层锥体细胞所需的遗传工具。课题组前期工作发现特定基因能选择性标记海马CA1区深层锥体神经元，为特异性操控CA1区不同亚层锥体神经元提供了可行的方案，并为深化现有的空间位置编码和计算模型提供新的证据。本项目中，我们构建了海马CA1区深层椎体神经元特异性标记的转基因敲入大鼠，结合化学遗传学与自由运动多通道电生理技术，深入解析海马CA1区深层和浅层锥体神经元对不同输入进行分流及整合的神经微环路。本项目拟从两个部分完成：1）构建海马CA1区深层锥体神经元特异性的转基因大鼠；2）结合化学遗传学操纵海马CA1区深层神经元活动，采用自由运动多通道电生理技术记录海马CA1区空间放电频率及节律振荡的变化。经过两年时间的探索，本项目基本按计划进行。其中，我们已经完成构建和鉴定海马CA1区深层神经元特异性标记的转基因大鼠；并部分地探索了利用化学遗传学和自由运动多通道电生理记录技术对海马CA1区神经活动进行操纵和记录。目前，研究结果正在收集和整理中。