类型b

作者及机构
本文由Edvard I. Moser、Emilio Kropff和May-Britt Moser共同撰写，三位作者均来自挪威科技大学的Kavli系统神经科学研究所和记忆生物学中心（Kavli Institute for Systems Neuroscience and Centre for the Biology of Memory, Norwegian University of Science and Technology）。Emilio Kropff还隶属于意大利的里雅斯特国际高等研究院认知神经科学部门（Cognitive Neuroscience Sector, International School for Advanced Studies, Trieste, Italy）。论文发表于《Annual Review of Neuroscience》2008年第31卷，在线发布于2008年2月19日。

主题
本文题为《Place Cells, Grid Cells, and the Brain’s Spatial Representation System》，是一篇综述性论文，旨在总结过去三十多年关于大脑空间表征系统的研究进展，重点探讨海马体（hippocampus）的位置细胞（place cells）和内嗅皮层（entorhinal cortex）的网格细胞（grid cells）在空间导航和记忆中的作用及其潜在机制。

主要观点及论据

1. 位置细胞与海马体的空间地图
   位置细胞是海马体中具有空间选择性的神经元，当动物处于特定位置时放电。这一发现由O’Keefe和Dostrovsky于1971年首次报道。位置细胞被认为构成了“认知地图”（cognitive map），支持动物在环境中的导航和空间记忆。研究表明，位置细胞的放电模式受远端感觉线索（如几何边界）的强烈影响，但在移除这些线索后仍能维持原有放电模式，表明其依赖路径整合（path integration）机制。此外，海马体不仅编码空间信息，还参与存储与位置相关的事件记忆，形成“空间-事件”联合表征。
   

*支持证据*：
- 旋转环境中的远端线索会导致位置细胞的放电位置同步旋转（O’Keefe & Conway, 1978）。
- 在NMDA受体阻断实验中，位置细胞仍能形成空间选择性放电，但其稳定性降低（Kentros et al., 1998）。

1. 网格细胞与内嗅皮层的度量系统
   网格细胞是内嗅皮层中的神经元，其放电野呈周期性六边形网格状分布，覆盖整个环境。这种网格结构被认为是路径整合的基础，为空间导航提供度量框架。网格细胞的间距、方向和相位在不同环境中保持稳定，但其放电模式受自运动信息（如速度和方向）调控。网格细胞的发现挑战了传统观点，即空间计算主要在海马体内完成，表明内嗅皮层可能是空间地图的初级生成者。
   

*支持证据*：
- 网格细胞在首次探索新环境时即可表现出网格状放电模式（Hafting et al., 2005）。
- 网格细胞的放电模式在移除环境线索后仍能维持，表明其依赖自运动信息（Fyhn et al., 2007）。

1. 感觉线索与路径整合的交互作用
   空间表征系统整合了外部感觉线索和内部路径整合信号。远端线索（如几何边界）对位置细胞和网格细胞的放电模式起主导作用，但自运动信息（如速度和方向）通过路径整合机制动态更新空间表征。这种双重依赖使得空间地图既能适应环境变化，又能维持稳定性。
   

*支持证据*：
- 在矩形环境中扩展边界会导致网格细胞的放电野同步拉伸（Barry et al., 2007）。
- 路径整合实验显示，位置细胞的初始放电由起点距离决定，随后通过外部线索校正（Gothard et al., 1996a）。

1. 网格细胞与位置细胞的协同机制
   理论模型提出，位置细胞的单一放电野可能是通过整合多个网格细胞的周期性输入形成的。这种机制类似于傅里叶变换，即不同间距和方向的网格细胞通过线性叠加生成非周期性的位置野。此外，海马体的吸引子网络（attractor network）特性支持模式分离（pattern separation）和模式完成（pattern completion），使得空间记忆能够灵活存储和检索。
   

*支持证据*：
- 计算模型表明，仅需10-50个网格细胞的输入即可形成单一位置野（Solstad et al., 2006）。
- CA3区域的NMDA受体阻断会损害模式完成能力（Nakazawa et al., 2002）。

1. 序列编码与记忆巩固
   位置细胞和网格细胞在theta振荡期间表现出相位预cession（phase precession），即放电相位随动物移动而提前。这一现象可能是时间序列编码的基础，支持记忆的存储和检索。此外，睡眠期间的神经元重放（replay）和预演（preplay）活动可能与记忆巩固相关。
   

*支持证据*：
- 位置细胞的相位预cession可通过振荡干涉模型解释（O’Keefe & Recce, 1993）。
- 在睡眠中，海马体会重放清醒时的空间活动序列（Wilson & McNaughton, 1994）。

1. 空间表征系统的发育与进化
   网格细胞和位置细胞的空间表征可能部分由先天神经回路决定，但环境经验对其精细化至关重要。目前对空间系统发育的研究较少，但已有证据表明，海马体位置细胞的成熟需要较长的 postnatal 发育期（Martin & Berthoz, 2002）。
   

意义与价值
本文系统梳理了空间表征系统的神经机制，提出了网格细胞作为路径整合基础的核心观点，为理解空间导航和记忆的神经基础提供了重要框架。此外，文章强调了海马体-内嗅皮层回路在非空间记忆中的作用，扩展了对大脑认知功能的理解。文末提出的未来研究方向（如网格形成机制、发育问题等）为后续研究提供了明确路径。

亮点
- 首次全面综述网格细胞的发现及其与位置细胞的关系。
- 提出“傅里叶叠加”模型解释位置野的形成机制。
- 强调空间表征系统的动态性和可塑性，为认知神经科学提供新视角。