脱出中にシェルターに向けるための皮質球体回路

略奪的な脅威に直面したとき、シェルターへの脱出は攻撃者に対する長期的な保護を提供する適応的な行動です。動物は、環境内の安全な場所の知識に依存して、迅速にシェルター指向の脱出アクションを本能的に実行する1,2。以前の研究では、脱出開始3,4の神経メカニズムが特定されていますが、エスケープ回路にシェルターへの最も効率的なルートに沿って迅速なフライトを実行するために空間情報がどのように組み込まれているかはわかりません。ここでは、マウスのレトロスプニアル皮質（RSP）と上輪（SC）がシェルター方向ベクトルをコードする回路を形成し、脱出中にシェルターに正確に向けるために特に必要であることを示します。シェルター方向は、エゴセントリック座標のRSPおよびSCニューロンでエンコードされており、SCシェルター方向のチューニングはRSPアクティビティに依存します。RSP-SC経路の不活性化は、シェルターへの方向を破壊し、最適なシェルター指向のルートから離れて脱出しますが、方向または空間ナビゲーションの一般的な障害にはつながりません。RSPとSCは単にシナプスに接続されており、RSP入力収束と阻害性SCニューロンのシナプス統合効率のために抑制性コリーチュラーネットワークを強く駆動するフィードフォワード横方向の抑制マイクロサーキットを形成することがわかります。これにより、抑制性SCニューロンと鋭く調整された興奮性SCニューロンにおける幅広いシェルター方向の調整がもたらされます。これらの発見は、生物学的に制約されたスパイキングネットワークモデルによって再現されます。このモデルでは、ローカルSC再発リングアーキテクチャへのRSP入力が円形のシェルター方向マップを生成します。このRSP-SC回路は、脱出中にモーターシステムに容易にアクセスできる記憶された空間目標のコリーチャー表現を生成するために特化している可能性があることを提案します。

When faced with predatory threats, escape towards shelter is an adaptive action that offers long-term protection against the attacker. Animals rely on knowledge of safe locations in the environment to instinctively execute rapid shelter-directed escape actions1,2. Although previous work has identified neural mechanisms of escape initiation3,4, it is not known how the escape circuit incorporates spatial information to execute rapid flights along the most efficient route to shelter. Here we show that the mouse retrosplenial cortex (RSP) and superior colliculus (SC) form a circuit that encodes the shelter-direction vector and is specifically required for accurately orienting to shelter during escape. Shelter direction is encoded in RSP and SC neurons in egocentric coordinates and SC shelter-direction tuning depends on RSP activity. Inactivation of the RSP-SC pathway disrupts the orientation to shelter and causes escapes away from the optimal shelter-directed route, but does not lead to generic deficits in orientation or spatial navigation. We find that the RSP and SC are monosynaptically connected and form a feedforward lateral inhibition microcircuit that strongly drives the inhibitory collicular network because of higher RSP input convergence and synaptic integration efficiency in inhibitory SC neurons. This results in broad shelter-direction tuning in inhibitory SC neurons and sharply tuned excitatory SC neurons. These findings are recapitulated by a biologically constrained spiking network model in which RSP input to the local SC recurrent ring architecture generates a circular shelter-direction map. We propose that this RSP-SC circuit might be specialized for generating collicular representations of memorized spatial goals that are readily accessible to the motor system during escape, or more broadly, during navigation when the goal must be reached as fast as possible.