两个截然不同的电路驱动抑制大脑的感官丘脑,研究发现

丘脑是感官信息的“中央车站”来到我们的大脑。几乎每一个视觉、声音、味道和触觉感知前往我们的大脑皮层通过丘脑。据推测,意识本身的丘脑中起着重要作用。不仅感觉信息通过丘脑,也是处理和转换通过丘脑皮层可以更好地理解和解释这些信号来自我们周围的世界。

一个强大的类型转换来自携带数据,大脑皮层的兴奋性神经元之间的相互作用和抑制性神经元的丘脑网状核,或环境,规范的数据流。虽然环境一直被认为是重要的,更少已经知道什么样的细胞环境,他们是如何组织的,以及他们如何函数。

现在在《华尔街日报》发表的一篇论文自然解决这些问题。研究相应的作者Scott Cruikshank博士和她的同事罗莎Martinez-Garcia,博士,贝蒂娜沃克尔,博士,和巴里·康纳斯博士表明,躯体感觉的一部分的环境分为两个功能不同的次电流。每个都有自己的类型的基因定义神经元从地形上隔离,生理上是不同的,通过动态连接与独立丘脑皮层的原子核相互地发散突触。

“这些结果提供基本的见解如何达到新高:神经元的子网可能不同处理不同类别的丘脑的信息,“Cruikshank说。“遗传差别添加一些兴奋我们的主要发现,因为他们会使强大的新optogenetic和chemogenetic策略探索行为和感知这些TRN次电流的函数。一个长期目标对我们许多人来说工作在这个领域学习的环境如何协调信息流从大脑皮层,指导注意重要的刺激和抑制干扰。如果这样的一个理解是最终实现,它可以帮助澄清意识是如何失去了在一种epilepsy-absence癫痫病的批判性涉及的环境。”

Cruikshank助理教授在伯明翰阿拉巴马大学神经生物学。实验工作做是布朗大学,普罗维登斯,罗得岛,Cruikshank是去年11月在加入UAB研究跟踪教授。

细节的一些研究中,研究人员首次发现,躯体感觉的环境有两组神经元。在中央的核心TRN神经元表达calbindin蛋白质和信使rna。这个核心周围是一个shell的神经元表达生长激素抑制素蛋白质和信使rna。

还有两个躯体感觉丘脑皮层的核,核传输感觉信息从丘脑皮层。一是一阶腹后核,或副总裁,另一个是高阶后内侧丘脑核,或POM。这两个核不同皮层目标发送不同的信息,并发送附带轴突的环境。因此,研究者试图澄清这些电路的组织,专注于一阶和高阶丘脑皮层的神经元细胞核与环境的两个亚型。“这是必不可少的理解丘脑的信息处理,“Cruikshank说。

Cruikshank和他的同事使用一种channelrhodopsin-yellow荧光蛋白从副总裁或POM顺行追踪方法映射输入环境。他们找到了一个鲜明的解剖分离的预测与TRN types-VP轴突细胞的分离与细胞的突触连接calbindin-rich中央区域的环境;沿着somatostatin-dense POM轴突的突触与细胞边缘。种族隔离的预测主要是reciprocal-that,达到空前细胞类型的两个主要抑制丘脑皮层的核,把他们是相同的。

研究人员进一步表明,TRN次电流功能不同的生理机制,导致不同的处理。“我们的实验显示,中央和边缘细胞不同变换本国兴奋性丘脑输入激增到不同的输出通过差异在两个动态的突触输入和内在burstiness,“Cruikshank说。“我们感兴趣的环境响应模式似乎匹配类型的信息进行两次电流。主中央处理离散细胞有很强但瞬态spiking-ideal感官事件。边缘细胞反应更稳定和持续拥有暂时的分布式集成来自多个源的高阶信号。

研究人员观察了视觉的环境时,他们发现次电流类似于躯体感觉的环境。反过来,这表明,研究人员说,一个主要中央core-flanked高阶边缘神经元就可能是一个普遍的环境主题。

研究结果挑战长久以来达到新高:假设的方式实现其作为信息流的看门人。“这提出了抑制相声不同丘脑之间的电路可能允许他们在本地互相调节,“Cruikshank说。“然而,次电流的夏普和相互隔离,我们观察表明intrathalamic相声可能扮演一个次要角色,也许我们应该看看其他跨系统监管机制。”

“这项工作由斯科特Cruikshank分离原本杂乱袋为优雅的次电流提供不同的神经细胞功能具有不同的特性和预测,”克雷格·鲍威尔说,医学博士UAB的神经生物学的博士,椅子。“结果帮助我们更好地理解如何处理不同类型的感官输入的大脑。环境是一个关键的大脑区域负责儿童发作癫痫失神发作,所以这项工作可能有助于确定新的治疗方法对于这个儿童癫痫常见的神经发育障碍和UAB的Civitan国际研究中心的一个焦点。”