那克姆·乌兰诺夫斯基实验室

研究兴趣

蝙蝠海马结构中自然导航的神经编码

我们实验室的研究重点是阐明哺乳动物海马结构中空间认知、导航、空间记忆和社会记忆的神经基础,并将蝙蝠作为我们开创的一种新的动物模型。我们开发了重量只有几克的微型无线电生理学系统(神经记录器),它可以记录蝙蝠的自然行为,包括导航和社会互动。我们的研究物种,埃及果蝠,是优秀的领航员和高度社会化的哺乳动物-使它们成为行为神经科学,学习和记忆,和社会神经科学的一个伟大的生物模型。它们也是体型巨大的蝙蝠,体重在150-180克之间,这让它们可以在携带我们的神经记录器、微型跟踪器、音频记录器等的同时自由飞翔。我们近年来的一些主要研究结果包括在飞行中,三维海马位置细胞具有近似球形的三维位置场。蝙蝠前下托的记录显示许多细胞的3D头部方向调谐,可以作为3D罗盘;令人惊讶的是,这个指南针遵循环形坐标系-为标准球坐标系下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。我们也在海马体中发现了一种新的神经元群体,它们与自我中心的方向和与导航目标的距离相协调——空间目标的矢量表示,为目标导向导航提供神经机制。其他研究包括发现爬行蝙蝠内嗅皮层的网格细胞,没有θ波振荡-反对基于theta的网格单元模型;发现埃及果蝠声纳系统的奇异优化原理;还有一项户外研究利用小型GPS数据记录仪跟踪野外蝙蝠的导航——这为蝙蝠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装置——一条200米长的隧道——并发现在一个非常大的环境中飞行的蝙蝠中,海马CA1神经元表现出一种令人惊讶的空间神经编码——一种多场多尺度编码——其中同一神经元的场的大小相差多达20倍;理论分析表明,这种多尺度码大大降低了译码误差。我们也对社会行为的神经基础感兴趣发现一群海马神经元,以异心坐标表示同一种蝙蝠的空间位置;这些“社会位置细胞”可能是蝙蝠和其他哺乳动物社会空间认知的基础。

总的来说,我们的一般方法是利用蝙蝠的独特特性——它们的时间离散感觉系统(声纳)和出色的视觉,以及它们的3D飞行能力——来询问一般系统神经科学问题;尤其是那些在啮齿动物身上很难解决的问题。我们的长期愿景是开发一种“自然神经科学”方法来研究行为的神经基础——在复杂的、大规模的、自然主义的环境下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,追求这样的方法将导致对大脑的新奇和惊人的见解。