一处脑区,两套线路:内侧乳头体的细胞分工
小鼠研究将 CB 与 PV 两类细胞的形态、电活动和连接对应起来,发现相邻细胞群可以沿分离的线路处理信息。
小鼠开始走动时,内侧乳头体里的一群细胞活跃起来,旁边另一群却没有同样明显的变化。这个参与记忆、导航和情绪相关网络的小脑区,内部似乎并非整齐划一。2025 年 6 月 23 日发表于《Molecular Psychiatry》的研究,以钙结合蛋白 CB 和 PV 为标记,识别出两类主要细胞。它们的外形、放电方式、输入和输出各有特点,彼此之间又很少发现局部连接。研究由此呈现一种特别的组织方式:相邻的细胞群,可以构成并行而分离的通道。
两类细胞沿不同输入输出线路组织;激活 CB 类细胞诱发位置回避并增加运动,PV 类在相同任务中未出现这些效应。
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两类细胞占据互补的区域
内侧乳头体属于扩展海马系统。过去,它常被描述为一群相对均一的兴奋性投射细胞。研究给 CB 和 PV 两类细胞分别标记颜色,发现它们共同覆盖了这里的大多数神经元,却很少重叠。这里的 PV 是辨认细胞类型的标记,并不等同于其他脑区常见的 PV 抑制性中间神经元。
三维重建进一步显示,CB 类偏向腹外侧,PV 类偏向背内侧。CB 区域从前方、侧方和下方包围 PV 区域,形状像花萼托着花蕾。这个空间图案成为研究细胞分工的起点。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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颜色不同,细胞特征也不同
颜色差异是否只是分子的区别?单细胞重建给出了更完整的答案。CB 类胞体较小,树突总体更短,分枝也较少;PV 类则拥有更大的胞体和更复杂的树突。这些差异与细胞膜的电学特征相呼应。
CB 类动作电位较高、较宽,最高放电频率较低,PV 类则表现出另一套特征。把形态和电活动一起用于分类,得到的细胞分组与 CB、PV 标记高度对应。两种颜色于是有了外形与功能特性的共同支持。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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两类细胞都能改变活动方式
静息的脑片里,有些细胞不放电,有些持续放电,还有些成簇发出脉冲。PV 类中,自发活跃的细胞比例更高。不过,活动方式并非刻在细胞身份上的固定标签:研究也观察到个别细胞在持续与簇状放电之间转换。
增强 NMDA 受体作用时,两类细胞都更容易出现簇状放电,但节奏不同。CB 类每簇包含更多脉冲,簇与簇之间的间隔更长;PV 类相对更短、更密。这说明细胞分工既涉及“从哪里接收信号”,也涉及“用怎样的节奏传递信号”。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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相同目的地,落在不同区域
沿着轴突向外追踪,分工继续延伸。两类细胞都投向前丘脑等区域,但终末主要落在互补位置。前丘脑的细胞记录也支持,这种空间分离对应着功能连接的分离,而不只是显微图中两种颜色的边界。
向上游追踪时,两类细胞都接收下托输入,却有不同偏向:CB 类更多关联腹侧下托,PV 类更多关联背侧下托。CB 类获得的下丘脑来源输入占比也较高。相邻细胞群由此接入了不同的信息组合。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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激活 CB 类,让小鼠更多走动并回避对应空间
如果两条线路承担不同功能,增强活动会不会带出不同的行为?研究将某一空间与细胞激活配对。增强 CB 类时,小鼠减少在对应空间的停留,同时在其中更加活跃;增强 PV 类则没有产生同样的位置回避。
旷场观察进一步显示,CB 类激活期间,运动时间和移动距离增加,刺激前后则较低。PV 类和对照组没有出现这种变化。位置回避与运动增强同时发生,也说明仅看停留时间,很容易漏掉动物行动方式的改变。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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运动开始时,CB 群体信号上升
人为激活之外,研究也记录小鼠自由活动时的钙信号。把信号对齐运动开始的时刻,CB 类出现明显增加,PV 类未见同样显著的变化。这与激活实验的方向相符,让运动关联不仅出现在人为刺激中。
两组结果合在一起,说明 CB 类能够推动运动,也在运动开始时活跃。PV 类在这些任务中反应较弱,仍可能参与其他行为或信息处理;乳头体已知的记忆与导航功能,需要在更细的任务中逐一对应。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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相邻,并不意味着彼此串联
最反直觉的结果来自局部连接。增强一类细胞时,另一类没有被明显带动。配对记录检查了 123 对乳头体细胞,也没有检测到局部化学突触或电连接;这一结果与轴突缺少局部分枝的形态相一致。
因此,这里的信息处理更像两条相邻的平行通道,而非先在局部相互传递再输出。成年雄性小鼠的行为实验与雌雄小鼠的细胞分析,共同描出这幅线路图;两类主要细胞内部是否还有更精细的分工,则是这张图下一步可展开的部分。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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