“我是走还是留?”神经科学家将脑细胞类型与行为联系起来

冷泉港实验室的神经科学家，由助理教授亚当·凯普斯领导，已经将两种类型的大脑神经细胞神经元的活动与特定类型的行为做出的决定联系起来。研究小组研究了小鼠在做决定时两种抑制性神经元的活动，小鼠在测试区域寻找食物。他们发现了不同的活动模式，标志着“留”或“走”觅食决策的做出。

你坐在沙发上翻看电视频道，试图决定是呆在原地还是起来吃点零食。这种日常决定是“留”还是“走”是由大脑中一个叫做前扣带皮层(ACC)，它是前额皮质的一部分。来自冷泉港实验室(CSHL)的神经科学家们现在已经确定了在ACC中做出这种决定的关键电路元件。

CSHL副教授Adam Kepecs和他的团队今天发表了研究结果，首次将特定的脑细胞类型与特定的脑细胞类型联系起来行为模式在老鼠身上，“留或走”的模式被称为觅食行为。这篇论文发表在自然，表明两种不同类型的抑制神经元被称为生长激素抑制素(SOM)和parvalbumin (PV)神经元，与一段觅食行为的开始和结束有很强的相关性。

将特定的神经元类型与定义明确的行为联系起来被证明是极其困难的。Kepecs说:“我们对神经元的物理位置和它们在任何给定神经回路中的位置以及这些神经元在行为中实际做什么的理解之间存在很大的知识差距。”

部分问题在于在活体、自由行为的老鼠身上进行这些研究的技术挑战。解决这个问题的关键是在CSHL Z. Josh Huang教授的实验室里开发的一个老鼠模型。老鼠有一个基因改造这使得研究人员可以将任何感兴趣的蛋白质瞄准特定的神经元群体。

Kepecs的团队，由博士后Duda Kvitsiani和Sachin Ranade领导，用这只老鼠用光激活蛋白标记ACC中的特定神经元类型——一种被称为光遗传标记的技术。无论何时，当他们把光照射到他们所记录的小鼠的大脑上时，只有标记的PV和SOM神经元会迅速反应，并在它们的活动中出现“峰值”，这使研究人员能够从任何给定时刻看到的大量细胞反应中挑出它们。

研究小组记录了这些老鼠在进食时大脑前扣带皮层的神经活动觅食行为．他们发现，PV和SOM抑制神经元在做出觅食决定时做出反应——换句话说，是留下来喝水还是去别处探索。具体来说，当老鼠进入一个可以收集水奖励的区域时，SOM抑制神经元关闭，进入一段低活跃期，从而打开了信息流入ACC的“大门”。当老鼠决定离开那个区域并寻找其他地方时，PV抑制性神经元触发并突然重置细胞活动。

“大脑是复杂的，持续活跃的，所以这两种类型的抑制性中间神经元定义了行为的边界，如觅食，打开和关闭特定的‘门’是有意义的神经回路通过它们活动的变化，”Kepecs说。

这是一个重要的进步，解决了行为神经科学中的一个问题，科学家们称之为“皮质反应动物园”。当研究人员记录行为过程中皮层的神经活动时，他们不知道记录的是哪种类型的神经元，就会看到一连串令人眼花缭乱的反应。这大大增加了口译工作的复杂性。因此，Kepecs团队的研究结果意义重大，这是第一次表明特定的皮层神经元类型与行为的特定方面有关。

“我们从水平的角度考虑大脑和行为;细胞的类型和它们形成的电路或网络;它们在大脑的哪个区域;以及什么行为是由它们调节的，”Kepecs解释道。通过观察具体的活动细胞类型在前额叶皮层与行为周期相关，我们已经确定了这些水平之间的联系。”

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