Nachum Ulanovsky实验室

研究兴趣

蝙蝠海马结构中自然行为的神经编码

我们的实验室致力于阐明自然行为的神经基础在哺乳动物的海马结构中，主要关注两个主题:(1）空间行为：导航、空间认知、空间学习记忆;而且（2）社会行为：包括社会记忆。我们用蝙蝠作为我们开创的一种新型动物模型。我们开发了重量只有几克的微型无线电生理系统(神经记录器)，可以记录蝙蝠在自然行为中的大脑活动，包括飞行、导航和社会互动。我们的研究物种，埃及果蝠，是优秀的航海家和高度社会化的哺乳动物——使它们成为行为神经科学、学习与记忆和社会神经科学的一个很好的模式生物。它们也是大蝙蝠，重约150-180克，允许它们携带我们的神经记录器、微型跟踪仪、音频记录器等自由飞行。我们的一般方法是利用蝙蝠的独特特性——它们的时间离散的感觉系统(声纳)和出色的视觉，它们的3D飞行能力，以及它们的高度社会性——来问一般系统神经科学问题;特别是在啮齿类动物中难以解决的问题。我们的长期愿景是发展一个“自然神经科学”研究行为的神经基础的方法——在复杂的、大规模的、自然主义的环境中挖掘动物的自然行为——同时不妥协于严格的实验控制。我们坚信，追求这样的方法将带来关于大脑的新奇和令人惊讶的见解。

我们近年来的一些主要成果包括:这一发现在飞行中，三维海马位置细胞具有接近球形的三维位置场。记录在蝙蝠的前潜骨3D头部方向单元，可以作为3D指南针;令人惊讶的是，这个指南针遵循一个环形坐标系-为与标准球坐标系相关的不连续和非交换性问题提供了一个有趣的生物学解决方案。在飞行蝙蝠的内嗅皮层的记录狂欢三维网格单元在发射场之间具有固定的局部距离，但没有全局六边形网格-反对许多关于网格细胞功能的流行理论，这些理论依赖于类似网格的周期性。我们也在海马体中发现了一种新的神经元群，它们被调节到以自我为中心的方向和到导航目标的距离——空间目标的矢量表示，这可以为目标定向导航提供一种神经机制。在两项研究(一个而且两个)我们在蝙蝠的位置细胞和网格细胞中显示了无振荡的相位编码，没有任何θ振荡——这表明相位编码，而不是振荡，在物种之间是保守的。行为研究包括发现一种埃及果蝠声纳系统中的惊人优化原理；还有户外研究使用微型GPS数据记录仪追踪野外蝙蝠的导航这为蝙蝠在100公里范围内的“认知地图”提供了证据。最近我们建造了一个巨大的行为设置——一个200米长的隧道——并发现在蝙蝠在一个非常大的环境中飞行时，海马CA1神经元表现出一种令人惊讶的空间神经代码——一种多场多尺度代码——同一神经元的场大小相差高达20倍；理论分析表明，该多尺度码极大地降低了译码误差。我们也对社会行为的神经基础产生了兴趣发现了一群海马神经元，它们代表了同种蝙蝠的空间位置，以异心坐标表示；这些“社会场所细胞”可能是蝙蝠和其他哺乳动物社会空间认知的基础。在长隧道中成对飞行的蝙蝠中，海马神经元表现出极端的神经代码活力-单独飞行时快速切换编码位置，当遇到另一只蝙蝠时，联合编码位置x距离。