Mechanisms of Six-Fold Symmetry in fMRI BOLD-Signal: An Analysis of a Large Grid Cell Dataset

Abstract

Hippocampusformasjonen si rolle i romleg navigering og som hjernen sitt indre romlege kart har vore annerkjend sidan oppdaginga av stadsceller og gitterceller. Gjennom omfattande forsking, hovudsakleg utført i gnagarar, veit vi mykje om denne kortikale områda sine projek-sjonar, morfologi og cellulære fyringseigenskapar. Korleis dette nettverket av nevron kodar eit mentalt kart er derimot ikkje fullt ut forstått, og det er sparsamt med kunnskap frå eksperi-ment på menneske. Menneskeforsøk er metodisk og etisk vanskelegare å utføre. I dag er det mest brukte målet på gittercelleaktivitet hos menneske seksdelt rotasjonssymmetri i fMRI BOLD-signal hos menneske som utforsker ei virtuell røynd. Evidensen for at desse signalend-ringane kjem frå gitterceller baserer seg på elektrofysiologiske opptak av nevron i rotteforsøk, men evidensen er inkonklusiv og har aldri før vore replikert. Replikasjon av dette evidens-grunnlaget kan seie noko om reabiliteten til mykje av forskinga på gitterceller som i dag gjerast med fMRI på menneske. Ved å bruke opptak frå enkeltceller kan ein samstundes svare på de-lar av eit mykje større spørsmål om dei cellulære mekanismane bak den seksdelte rotasjons-symmetrien ein observerer i fMRI BOLD-signal medan menneske navigerer like så som meka-nismen bak fMRI-signalet i seg sjølv.

The hippocampal formation’s role in spatial navigation and as the brain’s internal metric of space has been recognized since the discovery of place cells and grid cells. Through extensive research, mostly conducted in rodents, we know much about these cortical areas’ projections, morphology and cellular firing properties. However, how this cortical network encodes a met-ric of space is not fully understood, and knowledge from human experiments is sparse. Human research is methodologically and ethically more difficult to conduct. Today, the most used measurement of human grid cell activity is hexadirectional differences in fMRI BOLD-signalling in humans exploring a virtual reality environment. The evidence for this signal origi-nating from grid cells comes from electrophysiological cell recordings in rats, but the evidence is inconclusive and has never before been replicated. Replicating this evidence could clarify the reliability of much of today’s fMRI research on human grid cell activity. Utilizing single cell recordings could also answer parts of a much bigger question, addressing the cellular mechanisms behind the six-fold symmetry seen in fMRI BOLD-signal during human naviga-tion as well as the mechanism behind the fMRI BOLD-signal itself.