Spatial representation – from medial entorhinal cortex to hippocampus

Abstract

Grid cells in the medial entorhinal cortex (MEC) and place cells in the hippocampus are key elements of the brain's spatial representation system. These cell populations are the basic component of the circuit of spatial navigation and memory. Although the projections from MEC to hippocampus have been studied for half century, the function of these spatial inputs from MEC to hippocampus is not well understood. In the first project, we examined the types of the spatial cells from MEC that directly project to hippocampus, which help us to understand the basis of the information that build the hippocampal spatial maps. We found that all types of the spatial cells from MEC, including grid cells, border cells, head direction cells and non-classified spatial cells were contributing to the hippocampal network. In the second project, we studied the function of these MEC inputs on the hippocampal network. Through pharmacogentic and optogenetic methods, we examined the change of place cells after selectively inhibition of discrete parts of MEC along dorsal to ventral axis. We found different effect on the remapping of place cells after inhibition of dorsal and ventral MEC, indicating the combination of grid modules with different spacing might be the key to decide the field location of place cells. In the third project, we challenge the spatial memory of the rats, through recoding the CA3 place cells in 11 different rooms. We found the distinct spatial representation of the CA3 assembles within the 11 rooms, suggesting the enormously high storage capacity of the spatial memory in CA3.

Sammendrag: Gridceller i den mediale entorhinal cortex (MEC) og stedceller i hippocampus er sentrale elementer i hjernens representasjonssystem for rom. Disse cellepopulasjonene er den grunnleggende delen av kretsen for romlig navigering og hukommelse. Selv om projeksjonene fra MEC til hippocampus har blitt studert i et halvt århundre, er funksjonen deres fremdeles ikke godt forstått. I det første prosjektet undersøkte vi hvilke typer romlige celler fra MEC som direkte projiserer til hippocampus, noe som hjelper oss til å forstå grunnlaget for den informasjonen som bygger de romlige kartene i hippocampus. Vi fant at alle typer av de romlige celler fra MEC, inkludert gitterceller, grenseceller, hoderetningsceller og ikke-klassifiserte romlige celler, bidrar til hippocampus-nettverket. I det andre prosjektet studerte vi påvirkningen disse MEC-cellene har på nettverket i hippocampus. Gjennom farmakogenetiske og optogenetiske metoder, undersøkte vi endring i stedcelle-funksjonen etter selektiv inhibisjon av atskilte deler langs en dorsal-til-ventral akse i MEC. Vi fant ulike effekter på remappingen til stedceller etter hemming av dorsale og ventrale MEC, noe som indikerer at informasjon fra en kombinasjon av gridcellemoduler med ulik avstand mellom gridcellefeltene kan være nøkkelen til å bestemme plasseringen av feltet til stedcellene. I det tredje prosjektet, utfordrer vi den romlige hukommelse til rottene, ved omkoding av stedceller i CA3, i 11 forskjellige rom. Vi fant at CA3-cellene gav distinkte romlige representasjoner innenfor de 11 rommene, noe som antyder en enormt høy lagringskapasitet for romlig hukommelse i CA3.