大腦是如何在神經迴路間進行切換的？
神經學家在進行迴路相關研究時，通常會針對大腦的某一項功能進行探討。比如睡眠迴路是如何進行調控？導航迴路的主要參與神經元有哪些？等問題都是神經學家經常發表的題目，但當單一迴路的研究已經有成堆的人投入心力時，你會不會開始好奇，不同迴路間又是怎麼跟彼此溝通的？是否有群專門聯繫、控制迴路的神經元存在？或是什麼樣的刺激會導致迴路的切換？
今年八月來自以色列的團隊便進行了這一項研究。團隊讓兩隻蝙蝠在長達135公尺的隧道內對向飛行，並分析這項行為所啟動的兩個迴路：導航自身位置的迴路和定位對方位置的迴路，是如何在蝙蝠看到向著自己飛來的同類時進行切換的。
當針對跟定位系統有關的腦區海馬體（Hippocampus）中的CA1層place cell神經元進行分析後發現，有一些神經元在兩隻蝙蝠交會時會在交會地的place field（place cell中會對特定地區產生反應的區域）產生反應（圖一），作者將這群對兩者間的一維距離產生反應的神經元命名為1D distance neurons。
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| 圖一。原論文Fig2a.。上半部，針對place field中的firing rate進行分析。中間部分以粉紅色點出了firing rate變化相差較大的place field。下半部分顯示了兩蝙蝠間的距離。 |
繼續進行觀察則會發現在不同的place field中負責偵測的地區也不相同。從圖二中可看出，在蝙蝠還未交會時，有一部份的place field用來定位自己在空間中的位置（紫、藍），作者將這群命名為2D distance-by-position neuron。而當交會發生時，部分的place field的反應便產生了改變（橘、藍）。可知place cell平常負責的就是自身的定位，但當有物體進到蝙蝠聲納偵測範圍內時，1D distance neuron中的place field便會發生變化。
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| 圖二。原論文Fig 3a.。與圖一類似，顯示了不同place field產生的不同反應。 |
此篇論文利用蝙蝠對海馬體CA1中的place cell進行分析，發現place cell中有兩群神經負責了1D distance和2D distance-by-position（圖三）。而在兩隻蝙蝠相交會時，用來偵測物體的聲納產生反應，並刺激place cell進行功能的切換，從定位自身在空間中的位置切換成偵測對方和自己間的距離。為「神經迴路是如何進行切換」的議題提供了一個有趣的成果。
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| 圖三。原論文Fig 3g.。擁有1D distance和2D distance-by-position的place cell佔整體比例示意圖。 |
撰文：張寧
資料來源
Sarel, A., Palgi, S., Blum, D. et al. Natural switches in behaviour rapidly modulate hippocampal coding. Nature 609, 119–127 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05112-2
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