Adult-born granule cells (GCs), a minor population of cells in the hippocampal dentate gyrus, are highly active during the first few weeks after functional integration into the neuronal network, distinguishing them from less active, older adult-born GCs and the major population of dentate GCs generated developmentally. To ascertain whether young and old GCs perform distinct memory functions, we created a transgenic mouse in which output of old GCs was specifically inhibited while leaving a substantial portion of young GCs intact. These mice exhibited enhanced or normal pattern separation between similar contexts, which was reduced following ablation of young GCs. Furthermore, these mutant mice exhibited deficits in rapid pattern completion. Therefore, pattern separation requires adult-born young GCs but not old GCs, and older GCs contribute to the rapid recall by pattern completion. Our data suggest that as adult-born GCs age, their function switches from pattern separation to rapid pattern completion.

Summary Much of our understanding of navigation comes from the study of individual species, often with specific tasks tailored to those species. Here, we provide a novel experimental and analytic framework, integrating across humans, rats and simulated reinforcement learning (RL) agents to interrogate the dynamics of behaviour during spatial navigation. We developed a novel open-field navigation task (ʻTartarus Maze’) requiring dynamic adaptation (shortcuts and detours) to frequently changing obstructions in the path to a hidden goal. Humans and rats were remarkably similar in their trajectories. Both species showed the greatest similarity to RL agents utilising a ʻsuccessor representation’, which creates a predictive map. Humans also displayed trajectory features similar to model-based RL agents, which implemented an optimal tree-search planning procedure. Our results help refine models seeking to explain mammalian navigation in dynamic environments, and highlight the utility of modelling the behaviour of different species to uncover the shared mechanisms that support behaviour.

Abstract We investigated how entorhinal grid cells represent volumetric (three-dimensional) space. On a flat surface, grid cell firing fields are circular and arranged in a close-packed hexagonal array. In three dimensions, theoretical and computational work suggests that the most efficient configuration would be a regular close packing of spherical fields. We report that in rats exploring a cubic lattice, grid cells were spatially stable and maintained normal directional modulation, theta modulation and spike dynamics. However, while the majority of grid fields were spherical, they were irregularly arranged, even when only fields abutting the lower surface (equivalent to the floor) were considered. Thus, grid organization is shaped by the environment’s movement affordances, and may not need to be regular to support spatial computations. One Sentence Summary In rats exploring a volumetric space, grid cells are spatially modulated but their firing fields are irregularly arranged.

Place cells are spatially modulated neurons found in the hippocampus that underlie spatial memory and navigation: how these neurons represent 3D space is crucial for a full understanding of spatial cognition. We wirelessly recorded place cells in rats as they explored a cubic lattice climbing frame which could be aligned or tilted with respect to gravity. Place cells represented the entire volume of the mazes: their activity tended to be aligned with the maze axes, and when it was more difficult for the animals to move vertically the cells represented space less accurately and less stably. These results demonstrate that even surface-dwelling animals represent 3D space and suggests there is a fundamental relationship between environment structure, gravity, movement and spatial memory.