研究揭示glutamatergic投射神经元的激活模式截然不同生活皮质的老鼠

大脑皮层,哺乳动物大脑的外层,众所周知,在众多高级过程中发挥关键作用,包括语言、记忆和决策。虽然无数的研究探索其结构和功能,成像与身份的细胞类型的神经动力学行为动物目前已经被证明是非常困难的。

杜克大学医学中心的研究者和冷泉港实验室最近进行了一项研究,旨在监测和更好地理解神经回路动态大脑皮层行为的老鼠。他们的发现发表在自然神经科学表明,当老鼠从事不同的行为,不同的glutamatergic投影在大脑神经元类型皮质表现出不同的激活模式。

“我们的研究的主要目的是了解神经回路机制支撑大脑的功能,特别是大脑皮层的功能,“黄杰克,一个研究人员进行的这项研究,对医学Xpress。欧宝娱乐地址“当我们问这个问题,明显的下一个问题是我们细胞类型分辨率捕获、细胞神经回路的基本元素,形成连接和有不同的功能。”

到目前为止,许多研究研究使用的大脑皮层功能性核磁共振成像(fMRI)技术,检测和小血流量的变化与措施大脑的活动。尽管它的价值在某些设置,功能磁共振成像大脑活动空间和时间分辨率较差。因此不适合深入研究神经回路动态。

最近,神经科学家开始使用广角成像技术来研究大脑的活动。这是一个有前途的成像方法,它依赖于基因编码传感器来检测大脑活动的变化与更高的精度。

“虽然广角成像带来了重大进展,它通常只能用于图像所有神经的人群,”黄说。“再一次,它不解决这些神经细胞类型的基本元素,特别是投射神经元类型。我们背后的动机研究是研究大脑皮层使用一套系统的遗传工具,我们建立了最近,它可以解决不同的类和类型glutamatergic投射神经元的细胞类型决议。”

在他们的实验中,黄和他的同事测量了老鼠大脑皮层神经元的活性,使用一系列基因和成像技术。首先,他们用基因工程确保他们可以专门监控不同的投射神经元的活动类型。

“我们这样做相对系统的目标投射神经元,项目内皮层,外皮层和丘脑皮层下目标,”黄说。“这里的关键是不要只看一个细胞类型,但看多,跨细胞类型屏幕。我们结合广角成像不仅要看一个地区,假设区域是参与行为,但同时看很多地方。”

这项研究的一个重要成就就是团队能够应用广角成像技术来研究不同的投射神经元类型在清醒小鼠行为,人们从事不同的活动。与先前的研究相比,但是,他们这么做系统和更高的分辨率,使他们能够区分细胞类型功能分开。

“我们能够实现,我认为这没有实现之前是看神经元电路的基本元素,实时投射神经元类型及其动力学行为和动物在全球皮质网络,”黄说。“这让我们揭开大脑皮层的细胞类型基础网络动态,加强我们的理解的皮层组织。”

大脑皮层迄今为止已知组成不同的地区不同的功能。这些区域被发现有类似的神经元电路组织,包括所谓的“规范”皮质微电路,垂直组神经元以相似的方式进行组织。过去的研究表明,这些电路处理信息和与其他大脑区域通信组织类似的电路。

“这些列的神经元在不同的皮质层被认为是结构和,在某些情况下,功能单元,”黄说。”这一观点,基于解剖和功能的证据收集的过去,非常有影响力的很长一段时间。我们发现在这里,让我们惊讶的是,当你看沿着垂直深度投射神经元类型,这些类型的神经元,而独特的动态模式。”

从本质上讲,黄和他的同事发现了投射神经元类型并不总是函数作为一个单一的单位,特别是intratelencephalic (IT)和锥体跟踪(PT)的人口。

这项目内的其他皮质大脑皮层神经元。PT神经元,另一方面,发送信息在大脑皮层,皮层下脑区。

“在许多情况下,尽管并不总是,似乎这两大类型的神经元在不同的空间和时间模式,”黄说。“这些观察明显偏离柱状神经组织的更传统的历史概念,也表明这些细胞形成单独的处理和输出网络。”

黄和他的同事们收集的研究结果显示,它和PT投射神经元的数量有时互相独立运作,有时在一起作为一个单元。“操作方式”可能取决于老鼠或其他哺乳动物正在做什么,以及相关的大脑状态和行为的要求。

”看特定功能的皮层细胞类型分辨率的动态真的会让我们发现原则在更细的粒度,”黄说。“不同的皮质参与行为功能,因为这些细胞类型也有不同的输入和输出,我们现在可以测量,我们的技术可以帮助我们检查神经回路在一个好的层面。”

当前的研究提供了新的见解的神经动力学调节大脑皮层的功能。在未来,这些基因技术可以应用使用其他团队进一步检查这些动态,可能导致令人兴奋的新发现。

“在当前的纸,我们主要研究两个广泛的细胞类型,即那些在皮层和那些项目以外的皮层,”黄说。“在现实中,有更多的粒度有不同的细胞类型,项目不同的皮质和皮质下区域的子集。我们现在尝试与其他遗传工具将允许我们看更好的分辨率和希望拼凑一个皮质网络视图,不仅仅是在广泛的人口,但细人口层面包括解剖连接结合功能活动。”

在下一步的研究中,研究人员还计划应用广角成像技术来研究神经回路在大脑的其他区域包括更多的细胞类型。此外,他们想尝试的方法可以形象两个细胞群在同一生活的动物。

“在我们最近的研究中,我们推断出结论通过观察一个种群在一个鼠标,另一个人在另一个鼠标,然后一起集成我们的发现,”黄说。“在下工作我们计划将两个细胞群在同一动物,使用不同的光谱:有一个绿色的光,另一个红色的光学传感器钙。这将允许我们看两个细胞群同时交互并检查他们,应该给我们更大的精度与新的见解。”

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