新功能关键皮质大脑区域发现
一个长期存在的问题在神经科学是哺乳动物的大脑(包括我们)适应外部环境,信息,和经验。在一些研究发表在《自然》杂志上,研究人员简和丹邓肯神经研究所(邓肯新名词德州儿童医院和贝勒医学院的发现潜在的一种新型的机械的步骤突触可塑性称为行为时间表突触可塑性(BTSP)。领导的研究杰弗里·麦基博士贝勒,教授,同时也是霍华德·休斯医学研究所和邓肯NRI调查员,揭示了如何内嗅皮层(EC)将有益的信号发送给海马体——大脑区域空间导航的关键,记忆编码和整合,并指导具体重组的位置和特定子集的神经元的活动来达到改变行为以应对变化的环境和空间的暗示。
神经元相互通信或化学品传送电信号通过突触连接。突触可塑性是指这些神经元连接的自适应能力变得更强或弱的随着时间的推移,直接应对外部环境的变化。神经元的自适应能力快速、准确地应对外部线索是至关重要的对我们的生存和增长和形式为学习和记忆的神经化学基础。
动物的大脑活动和行为适应快速响应的空间变化
基于哺乳动物的大脑识别机制的自适应学习能力,在麦基实验室的一个博士后,该研究的第一作者,克里斯汀Grienberger博士,衡量一个特定群体的地方细胞的活动,这是专门的海马神经元构建和更新地图的外部环境。她与一个强大的显微镜这些老鼠的大脑,测量了这些细胞的小鼠的活动运行在一个线性跟踪跑步机。
在初始阶段,小鼠适应这个实验设置和奖励(糖水)的位置改变每圈。“在这个阶段,老鼠跑不断以同样的速度而不断舔跟踪。这意味着这些老鼠细胞的地方形成一个统一的瓷砖模式,”Grienberger博士说他目前在布兰代斯大学助理教授。
在下一阶段,她在一个特定位置固定奖励在跑道上还有一些视觉线索东方老鼠和测量同一组神经元的活性。“我看到改变奖励的位置改变了这些动物的行为。老鼠现在减慢短暂奖励网站之前品尝糖水。更有趣的是,这个行为的改变伴随着地方细胞的密度和活动增加奖励。这表明,空间线索的变化会导致自适应重组和海马神经元的活动,”Grienberger博士补充说。
这种实验范式允许研究人员探索空间线索的变化如何影响哺乳动物的大脑引起适应新的行为。
70多年来,Hebbian理论通俗概括为,“神经元火一起,连接”,异常主导突触的神经科学家的观点随着时间的推移变得更强或弱。虽然这个研究的基础理论是几个神经科学领域的进步,它有一些局限性。在麦基实验室2017年,研究人员发现了一种新的和强大的类型的突触可塑性——行为时间表突触可塑性(BTSP)——克服这些限制,提供了一个模型,模仿最好的时间表我们如何在现实生活中学习或记忆相关的事件。
使用新的实验范式,Grienberger博士注意到,在第二个阶段,细胞神经元,以前沉默收购大型地方字段突然在一圈后奖励的位置是固定的。这一发现符合non-Hebbian形式的突触可塑性和学习。额外的实验证实,观察海马位置细胞适应性变化,这些老鼠的行为确实是由于BTSP。
内嗅皮层指示海马位置细胞如何应对空间变化
根据先前的研究,麦基团队知道BTSP涉及一个指导/监督信号不一定位于或邻近目标神经元(在这种情况下,海马位置细胞)被激活。识别的起源这个有益的信号,他们研究了轴突的预测从附近的大脑区域被称为内嗅皮层(EC),中枢海马和海马和皮层区域之间充当网关控制更高的行政/决策过程。
“我们发现,当我们专门抑制EC轴突的一个子集CA1海马神经元分布我们录音,它在阻止CA1大脑中的奖赏代表比例的发展,”麦基博士说。
基于调查的几行,他们得出的结论是,内嗅皮层相对不变的目标提供了一个有益的信号指导海马体重组细胞的位置和活动地方反过来,影响动物的行为。
“发现大脑的一部分(嗅复杂)可以直接另一个脑区(海马)改变神经元的位置和活动(细胞)是一个不同寻常的发现在神经科学,”麦基博士补充说。“这完全改变我们的观点如何learning-dependent大脑发生的变化,揭示了新领域的可能性,将改变和指导我们如何在未来神经和神经退行性疾病。”
参考:Grienberger C,麦基JC。内嗅皮层CA1表示指导学习相关的变化。自然。2022:1-9。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 05378 - 6
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