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神经科学家提高小鼠的触觉敏感性

发布时间:2018-05-17  点击数:[2]

来自布朗大学的神经科学家表示,通过触发似乎改变小鼠感官注意力的大脑节律,可以使微弱的感觉更加生动。这项新发表的研究提供了第一个直接证据,即大脑的“伽马”节律在处理触觉方面具有因果作用。 /

罗德岛普罗维登斯(布朗大学) - 布朗大学神经科学家在正确的时间在右脑区域找到了正确的节奏,他在自然神经科学杂志报道说,他们设法赋予小鼠比其他小鼠更大的触感,使得难以接收到的震动突然对他们更生动。

这些发现提供了第一个直接证据,即皮层中的“伽玛”脑波影响知觉和注意力。只有相关性和联系作为证据之前,神经科学家多年来一直在争论伽玛是否具有重要作用,或者它是否仅仅是一种副产品 - 这种大脑活动之一的“废气”。

“关于伽马节奏在行为中的重要性以及许多怀疑主义,令人兴奋不已,”共同主要作者Joshua Siegle,布朗大学和麻省理工学院的前研究生说,他现在在艾伦研究所神经科学。 “我们选择直接控制产生伽玛的细胞,而不是试图将伽马节律的变化与行为变化联系起来,而这正是研究人员过去的做法。”

其结果是一只含有晶须的老鼠大约有20%更敏感。

“实验可能失败的方式有很多,但让我们感到惊讶的是,从我们研究的第一个主题开始,这是非常具有决定性的 - 在某些条件下,我们可以制作一种超级感知的小鼠,”副教授克里斯托弗摩尔说。在布朗和神经科学高级作者的研究。 “我们正在让一只老鼠比老鼠可能做的更好。”

具体而言,摩尔和共同第一作者Siegle和Dominique Pritchett通过使用光遗传学(一种利用光控制神经元放电模式的技术)通过操纵小鼠初级感觉新皮层中的抑制性中间神经元来产生γ节律来进行实验。大脑的这部分控制着老鼠通过其晶须检测微弱感觉的能力。

摩尔说,大脑的另一部分处理更强大,更强烈的感觉。主要的感觉新皮质是哺乳动物的一个特殊特征,其区别在于允许动物有意识地注意更微妙的感觉。这是在木板上轻轻刷指尖的感觉与评估它是否需要更多打磨以及将木板放在脚上的感觉之间的区别。

在论文的其他部分之前,研究人员证实,老鼠自然会在其感觉新皮层中产生40赫兹的伽马节律。然后他们用蓝光的精确脉冲光遗传地产生该伽玛节奏。具有这种节奏的小鼠可以更频繁地检测到研究人员提供给他们胡须的较弱的振动,而不是那些没有节奏的小鼠。

控制和optogenetically刺激老鼠一样已被调整,表明他们通过舔水瓶检测提供的刺激。提供给小鼠感知的振动涵盖了17种不同水平的可检测性。

该团队的假设是受刺激的神经元的伽马节律,因为它们抑制了具有结构化周期性的新皮质中的锥体神经元传播感觉信息,实际上将金字塔形信息排列成更加连贯并因此更强的训练。

Siegle表示:“这些同步的活动爆发可以使信号传输受益,这一点并不令人惊讶,就如同一群人同步拍手比随机拍手一样响亮。”

这个想法表明节奏的时间很重要。

因此在另一个实验中,Siegle,Pritchett和Moore以5毫秒的增量改变伽马节奏的开始,以查看它是否对感知产生影响。它做了。只有在呈现微妙感觉之前20-25毫秒的伽玛节律正在进行时,小鼠才表现出其增加的敏感性。如果不是这样,小鼠平均对敏感性没有影响。

摩尔认为,对于神经科学发现的关键影响之一是,γ节律似乎构成感知处理的结构比感觉新皮层中神经元的单纯发放速率更重要。小鼠变得更能够感觉不是因为神经元变得更加活跃(他们没有),而是因为它们被精确定时的节奏夹带。

虽然该研究提供了对伽马节律具有功能重要性的因果证据,但摩尔承认,它仍然留下了重要的问题。伽马节律影响感觉处理和注意力的确切机制没有被证明,只是假设。

在一个实验中,光遗传刺激的小鼠似乎不太能够检测到最明显的感受,并且即使它们对更微妙的感觉变得更加敏感。然而,在其他实验中,他们对主要感觉的检测没有受到影响。

但是,对于容易感受到刺激的敏感度的丧失可能与将注意力转移到较弱的刺激相一致,Pritchett说,他现在也是布朗和麻省理工学院的一名前学生,现在在葡萄牙里斯本的未知城市Champalimaud中心。

“我们所展示的是,矛盾的是,节奏性抑制性输入可以放大阈值刺激,可能是以显着刺激为代价的,”他说。 “这正是你所期望的一种机制,可能负责大脑的选择性注意。”

因此,Siegle,Pritchett和Moore表示,他们现在对大脑中发生的事情有更好的感觉。

美国国立卫生研究院资助了这项研究。

出版物:Joshua H Siegle等人,“Gamma-range synchronization of fast-spiking interneurons can enhance detection of tactile stimuli,”Nature Neuroscience(2014); DOI:10.1038 / nn.3797

资料来源:布朗大学David Orenstein

图片:麦克科伊亚/布朗大学

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