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单神经元可以使人群沉默

MDC的James Poulet实验室使用先进的技术来监视大脑中单个感觉神经元网络的活动。通过聆听数百个对话,科学家们发现了来自一个细胞的单个信号如何吸引注意力。

当我们醒着时,大量的感觉信息流入大脑,在大脑中被过滤以区分重要信号和所有噪声。该处理过程中的关键步骤在新皮质中进行,新皮质具有分层的结构,例如六个计算机服务器彼此堆叠。遍布身体的感觉神经收集信息,并沿着其线状轴突将其传输到该结构的特定层中。在新皮层内部,它跳到其他神经元,如果信号足够强,它们会产生动作电位并传输自己的信号。这种电化学电荷将其轴突加速运动到皮层的其他层,并最终传输到大脑的其他区域。

在此过程中,信号可以被诸如锥体细胞(PYR)的兴奋性神经元放大,或者被诸如SST和PV细胞的抑制性神经元衰减。抑制作用会阻止信号传播,直到使系统超载为止(如癫痫病那样)。奇怪的是,许多兴奋性PYR细胞很少以单次爆发方式激发。现在,MDC的James Poulet的实验室发现了这些安静的神经元是如何设法让自己听到的。他们的工作出现在本期《自然通讯》上。

输入和输出的全细胞测量

要研究来自PYR细胞的单个“尖峰”的影响,需要倾听其活动以及邻近PV和SST神经元的活动。可以通过它们产生的分子来区分它们的类型,但是科学家们还没有全面了解当信号通过感觉皮层时它们如何相互作用。

Poulet实验室的博士后,论文的主要作者Jean-Sebastian Jouanneau说:“全细胞记录是一种先进的方法,可以在经过转基因的活体小鼠中进行。“我们现在可以将其应用于我们在视觉上识别出的特定神经元。这是一种独特的方法,它使我们能够刺激单个神经元并监视其电活动的细微波动,从而产生动作电位。通过逐层刺激神经并聆听在网络上,我们可以检查单元之间是否相互连接,并确定信号的影响。”

科学家执行了该过程数百次,在每个实验中同时监视四个神经元,打破了记录。将所有数据放在一起,需要前实验室成员,也是论文的主要作者的Jens Kremkow进行大规模分析。

安静的声音使一切变得更安静

分析产生了一些令人惊讶的结果。来自PYR细胞的单个刺突不会激发它所附着的其他PYR细胞或SST神经元的任何活性。但是PV神经元却讲述了一个不同的故事。来自PYR细胞的一次性信号导致PV神经元放电-令人惊讶的高效响应。

这种传播的效果同样令人惊讶。Poulet说:“由PYR细胞刺激后,PV细胞产生的信号被传递至目标神经细胞,阻止它们产生自身的动作电位。”“那些靶标包括PYR细胞-首先刺激它的细胞类型!结果是一种信号设法使所有邻居沉默的情况。”

这种情况有点像一位教授走进一个教室,人们在周围闲逛和拖拉论文的情况。如果他开始大声说话,学生们通常会提高自己的声音,以便他们也能听到自己的声音。但是,如果他说话的声音很柔和,他们通常会很快安静下来-并可能打扰邻居-听听他在说什么。

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