Neuronal correlates of locomotion speed in the dorsal CA1 of the rat hippocampus: new insights on the speed cells

Abstract

Edward Tolman postulou a existência de mapas cognitivos no cérebro para explicar a capacidade animal de navegar pelo espaço. Desde então, neurocientistas buscam descrever componentes cerebrais que suportam essa capacidade. No presente trabalho, descrevemos avanços na caracterização de uma sub-população neural que participa na representação da velocidade escalar na locomoção de ratos. Através da análise de um banco de dados aberto, nós re-descobrimos a existência do correlato de velocidade na taxa de emissão de potenciais de ação de neurônios da região CA1 do hipocampo dorsal de ratos. Essa correlação é independente da frequência da oscilação de theta (4-12 Hz) e é estável através do espaço e tempo; além disso, essa correlação persiste em diferentes arenas. A classificação de neurônios entre prováveis excitatórios ou inibitórios revelou que, ao utilizar o coeficiente r de Pearson (índice de velocidade) como métrica de representação de velocidade nos neurônios, somente neurônios inibitórios apresentaram-se como altamente correlacionados com a velocidade na arena quadrada, embora os neurônios excitatórios apresentem uma modulação na média da taxa de emissão de potenciais de ação. Intrigantemente, na arena linear a mesma métrica tornou indistinguiveis as classificações neurais pela correlação com a velocidade. Então, formulamos a hipótese que a aparente correlação com a velocidade dos neurônios excitatórios na arena linear é espúria – um subproduto da correlação de velocidade com o espaço. Para testar essa hipótese, simulei neurônios artificiais que emitem potenciais de ação influenciados pelo comportamento locomotor do animal; essas simulações codificam velocidade ou espaço. As simulações replicaram a classificação pelo índice de velocidade encontrados nos dados reais – ou seja, código de posição não correlaciona com velocidade na arena quadrada mas sim na arena linear. Para solucionar essa interdependência etológica, nós adotamos uma nova métrica de correlação com a velocidade: a razão da diferença da acurácia de predição dos modelos linear-não-linear baseados em velocidade e posição sobre a acurácia de predição do modelo das duas variáveis. Essa análise resolveu o problema etológico, classificou satisfatoriamente as simulações e confirmou a hipótese da correlação espúria na arena linear e a prevalencia da correlação nos neurônios inibitórios. Os resultados deste trabalho demonstra uma correlação genuina da velocidade de locomoção nos neurônios inibitórios na área CA1 do hipocampo dorsal de ratos.