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研究人员通过打击大脑节律赋予小鼠更大的触觉

2019-05-10 18:35:07 专家推荐140℃

  研究人员通过打击大脑节律赋予小鼠更大的触觉灵敏度

  2014年8月25日

  通过在正确的时间在右脑区域发出正确的节奏,布朗大学神经科学家在自然神经科学中报告说,他们设法赋予小鼠比其他老鼠更大的触觉灵敏度,使得难以察觉的振动突然变得更加生动。

  该发现提供了第一个直接证据,即“γ”。皮质中的脑波会影响感知和注意力。由于之前只有相关性和关联作为证据,神经科学家多年来一直在争论γ是否具有重要作用,或者它是否仅仅是副产物 - “废气”。用一个这样的大脑活动的话说。

  “关于伽玛节律在行为中的重要性,以及许多怀疑论,有很多令人兴奋的事情,”联合主要作者Joshua Siegle说,他是布朗大学和麻省理工学院的前研究生,现在是艾伦神经科学研究所。 “我们选择直接控制产生γ的细胞,而不是试图将伽玛节律的变化与行为的变化联系起来,这是研究人员过去做过的事情。”

  结果是一只带有胡须的小鼠,敏感度提高了约20%。

  “这个实验有很多方法可能会失败,但令我们惊讶的是,从我们所看到的第一个主题来看,它是非常具有决定性的 - 在某些条件下我们可以制作一个超感知的鼠标,”布朗神经科学副教授,该研究的高级作者克里斯托弗摩尔说。 “我们正在做一只老鼠做得比老鼠做得更好。”

  具体而言,Moore和共同第一作者Siegle和Dominique Pritchett通过使用光遗传学(一种利用光来控制神经元的发射模式的技术)通过操纵小鼠的初级感觉新皮质中的抑制性中间神经元来产生伽玛节律来进行他们的实验。大脑的这一部分控制着小鼠通过其胡须探测微弱感觉的能力。

  摩尔说,大脑的不同部分处理更强大,更强烈的感觉。初级感觉新皮质是哺乳动物的一个特征,其特征在于允许动物有目的地注意更微妙的感觉。这是在木板上轻轻刷指尖的感觉,以评估是否需要更多的打磨以及将木板放在脚上的感觉。

  在论文的其他任何内容之前,研究人员证实,老鼠有时会在感觉新皮质中自然产生40赫兹的伽马节律。然后他们用精确的蓝光脉冲光学生成伽马节律。具有这种节律的小鼠可以更经常地检测到研究人员提供给他们的胡须的较微振动,而不是那些没有大脑节奏的老鼠。

  对照和光遗传刺激的小鼠都已经过调节,表明它们通过舔水瓶来检测所提供的刺激物。提供给老鼠感觉的振动覆盖了17种不同水平的可检测性。

  相关故事为什么大脑中的黑色素瘤可能更糟?研究人员报告治疗侵袭性脑肿瘤的进展研究人员创建了大脑自身免疫系统的新图谱该团队的假设是受刺激神经元的伽马节律,因为它们抑制了感觉信息的传递通过具有结构化周期性的新皮层中的锥体神经元,实际上将金字塔形信息排序成更连贯且因此更强的火车。

  “这种同步的活动突发可以有益于信号传输并不奇怪,就像在一群人中同步拍手比随机拍手更响亮”一样。西格尔说。

  这个想法表明节奏的时机很重要。

  所以在另一个实验中,Siegle,Pritchett和Moore以5毫秒的增量改变伽马节律的开始,看它是否对感知产生了影响。

   它做了。只有在微妙的感觉呈现之前20-25毫秒的伽马节律进行时,小鼠才显示出它们的灵敏度增加。如果不是,那么老鼠平均经历的灵敏度没有影响。

  摩尔说,神经科学研究结果的关键影响之一是伽马节律似乎构成感知处理的方式比感觉新皮层中神经元的单纯放电率更重要。小鼠变得更能感觉不到,因为神经元变得更活跃(它们没有),但是因为它们被精确定时的节奏所夹带。

  虽然这项研究提供了伽玛节律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。伽玛节律影响感觉处理和注意的确切机制尚未得到证实,只是假设。

  在一项实验中,光遗传刺激的小鼠似乎不太能够检测到最明显和最强烈的感觉,即使它们对更微妙的感觉更敏感。然而,在其他实验中,他们对主要感觉的检测没有受到损害。

  但Pritchett也是前布朗和麻省理工学院的学生,现在在葡萄牙里斯本的Champalimaud未知中心说,可能会失去对更容易感受的刺激的敏感度,这可能与注意力转向更微弱的刺激相一致。

  “我们所展示的是,矛盾的是,节奏抑制输入用于放大阈值刺激,可能以显着刺激为代价”。他说。 “这正是你对可能导致大脑选择性注意的机制所期望的。”

  因此,Siegle,Pritchett和Moore说他们现在对大脑中正在发生的事情有了更好的感受。

  资料来源:布朗大学

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