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代表自己周圍環境的認知地圖對於空間導航是必需的。但是，與其構成要素（例如各個地標）相比，由各個要素之間的關係構成的相干空間信息的神經基質在很大程度上仍然未知。本研究調查了大腦如何在一個由三個物體的相對位置所指定的虛擬環境中編碼類似地圖的表徵。表徵性相似度分析顯示，當參與者將自己置於環境中進行自我定位時，海馬狀突起(HPC)會產生基於物體的空間表徵，而當他們回憶目標物體相對於自身身體的位置時，內側前額葉皮層(mPFC)會產生基於物體的空間表徵。在記憶過程中，兩個區域之間的任務相關功能連接性增加，這意味着HPC和mPFC之間交換自定位和目標定位信號。基於物體的認知地圖(它可以由物體形成連貫的空間信息)可以在導航過程中被HPC和mPFC用於補充功能，並可推廣到其他認知方面。
在一個我們熟知的空間環境中，當我們回憶一個物體位置時往往需要同時回憶包括自己和其他空間元素在內的整個空間環境，我們把它稱爲“認知地圖”(Tolman 1948)。以往研究已經發現了一些組成認知地圖必要空間元素的神經表徵，例如內側顳葉的位置細胞和方向細胞對自我位置和自我面朝方向的表徵（O'Keefe and Dostrovsky 1971；Vass and Epstein 2013）。然而一張認知地圖由多種空間元素構成，一個完整空間的神經表徵還有待探索，同時，同一張認知地圖可以被用來完成不同的空間任務，例如定位自己的位置和定位一個物體的位置，大腦如何在不同任務下使用認知地圖也同樣有待驗證。
爲了回答這些問題，我們設計了一個基於3D遊戲引擎的全新空間記憶任務(Fig. 1a)。每個任務試次中，被試以第一人稱視角向3個卡通玩偶行走並停在玩偶中間（walking period）。其中，3個玩偶獨特的相對空間位置被定義爲地圖(Fig. 1b)。而後，被試需使用認知地圖信息在面朝方向變化後定位自己的位置(facing period)，以及定位一個物體的位置(targeting period)。
Fig.1
上圖中 (a)展示的是空間記憶任務。被試在每個試次經歷3個階段：walking階段，被試朝向3個卡通玩偶行走最終停在玩偶之間的圓形木板上；facing階段，屏幕上呈現一個玩偶，提示被試所面朝的方向發生變化，且當前面朝該玩偶；targeting階段，另一個玩偶的照片在屏幕上呈現，被試需定位該玩偶相對於自身的方向，並稍後做出選擇。（b）每一張地圖被定義爲3個玩偶獨特的相對空間位置。(c)對於每一張地圖，被試將經歷從4個不同的方向走向3個玩偶。雖然地圖是相同的，經歷的空間刺激不同。
Fig.2
表徵相似度分析發現，當定位自己位置時，認知地圖由內側顳葉的海馬錶徵，而當定位物體位置時，認知地圖被內側前額葉表徵(Fig. 2)。該結果首次爲基於多個物體（例如人類）構成的認知地圖神經表徵的存在提供了實驗證據，爲後續的空間認知研究提供了方向（例如基於移動物體認知地圖形成的神經機制）。
MTL中行走方向和字符識別的神經表示
上圖爲MTL中行走方向和字符識別的神經表示。(a)解碼行走方向示意圖(左)和麪向(中)和瞄準(右)期間的字符標識的示意圖。(b)PRC在兩個期間選擇性地編碼角色標識，但對行走方向不進行編碼。PHC、PPA和HPC對字符標識和行走方向進行編碼。(c)在兩個時期內，顯示了位於lPFC的行走方向和特徵識別聚類(簇)。
認知地圖上自我定位的神經表徵
上圖爲認知地圖上自我定位的神經表徵。(a)解碼參與者自我定位的示意圖表示。(b) 在面對時期，即使使用更大的閾值，也沒有發現聚類。在靶向期間，在MTL(雙側HPC，PHC和左ERC)和自我活動區域(下頂葉皮層，RSC和枕後皮層)中發現了簇。
以自我爲中心的目標位置的神經表示
上圖是以自我爲中心的目標位置的神經表示。(a)左面板:解碼目標字符以自我爲中心方向的示意圖。右圖:在大範圍的腦區顯示簇(P<0.001，初始閾值;P<0.05，爲多次比較校正過的簇)。許多簇屬於以下三個功能網絡之一:默認模式網絡、額頂葉控制網絡和背側注意網絡。(b) 基於ROI的RSA顯示，在“相同”條件下，相似度比mPFC中的機會水平高得多(c)左面板:解碼目標字符的圓方向示意圖。右面板:即使使用自由閾值也未顯示簇。
作者表示，與之前的記憶/導航研究不同，之前的研究使用由固定地標(如商店)和/或景觀(如山脈)組成的空間環境來研究大腦功能(Bird et al.2010;Woollett和Maguire 2011;Schinazi等，2013;Chadwick等人2015;Brown et al.2016)。而他們這項研究使用了一個僅由移動物體構建的空間環境，這些移動物體可以成爲自我定位的目標和參考以及確定自身周圍空間（即地圖）的移動物體構建的空間環境。這項任務設計幫助實驗人員能夠提取由最少的基本成分組成的空間環境的心理表徵。由於該方法簡單易行，對將來研究認知地圖的構造和功能機制的研究很有用。
本研究發現了我們周圍物體指定的空間的神經表示。這種基於對象的認知圖似乎與HPC中自我定位的表示相互作用，並介導mPFC中以自我爲中心的目標位置的選擇，這將有助於我們達到目標位置。除了空間導航外，基於對象的認知圖的存在還可能爲我們提供與背景分離的人的空間表示，這可能有助於我們的社交互動（Damasio等，1994；Stolk等，2015）。以及情景記憶的編碼和檢索（Tulving 2002；Squire and Wixted 2011）。
論文信息：
Medial Prefrontal Cortex Represents theObject-Based Cognitive Map When Remembering an Egocentric Target Location
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