神经科学家展示脑细胞如何控制洪水

皮质从其神经元（绿色）的轴突中的10次发送到丘脑中，因为丘脑从其神经元（红色）进入皮质。皮质神经元通过改变其信号的频率来控制丘脑神经元的活性。

来自棕色大学的神经科学家展示了大脑皮层中的细胞如何扼杀或增强来自丘脑的感官信息，从而允许它专注于它可能选择考虑的许多感官输入中的一些。

罗德岛（棕色大学）普罗维登斯 - 我们只考虑我们体验的一些景点，声音和感官。棕色大学神经科学家的新研究详细说明了Neocortex如何从可能洪水的感官信息流中选择性地样本。

Neocortex的通常隐喻是它是大脑的行政长官。它是基于由感官收集的原始信息和由其忠诚的狗狗，一个名为Thalamus的地区而提供的复杂伴随和决策的地区。但是，一种简单的单向感官信息进入皮层的思想并不能解释为什么皮质神经元将血管轴突中的10倍进入丘脑，而不是丘脑神经元送入皮质。

神经科学家对丘脑的皮质通信大概有大量基础设施的好奇心导致了皮质以某种方式控制丘脑的吞吐量的假设。也许Cortex使用这些连接来挖掘来自冲击信息的冲突洪水普通的特定兴趣的流。在神经元发表的新研究不仅为该想法增添了相当大的支持，而且还详细解释了皮质如何完成。

“这种皮质训练途径的谓词函数之一是将注意力关注他人的某些感官刺激，”棕色神经科学的椅子说，对应的作者Barry Concors表示。

研究人员分离小鼠的关键电路（人有相同的基本电路）并积极地操纵它们以观察他们的生理学。他们所学到的是，皮质神经元通过改变信号的频率来控制连接的丘脑神经元的活性。

“当皮质'关闭'时，有一定数量的丘陵投入进入，”神经科学助理教授（研究）助理教授（研究）共同作者斯科特Cruikshank。“当Cortex变成一点点时，它实际上抑制了这一点。当它以较高频率打开时，它相对于关闭而增强。它可以在任一方向上修改塔拉姆吞吐量。“

照亮大脑

进行研究，Connors，Cruikshank和Lead作者Shane Crandall，神经科学的博士后研究员，专注于沿着鼠标晶须处理感觉信息之间的电路。该研究中的小鼠被遗传设计，使得在皮质中的细胞可以控制将神经元投入到丘脑进入丘脑中的，然后通过可见光的闪光转动，一种称为“Optimetics”的技术。

在实验室准备中，他们剥去神经组织以更好地突出电路。然后它们电气刺激了丘脑中的细胞，就像他们报告了感官信息一样。对于那些神经元激活，它们使用光闪烁以在不同频率下操作皮质神经元。他们的目标是看到皮质细胞活性是否会影响丘脑细胞活动。

这就是他们发现，当皮质细胞在低频下射击时（小于每秒尖峰），它们抑制丘脑细胞。皮质细胞基本上颠倒了他们的丘脑下面。但是当科学家们使皮质神经元发射时速度更快 - 10次 - 第二次 - 然后占肉豆蔻目标增加了他们的活动，通过这些信号刺激。

Crandall说，这一结果不是传统的智慧预测的。许多神经科学家PD皮质更简单地限制了丘脑。如果皮质神经元向丘脑神经元发送了信号，他们推测，它会增加该电路的活动并抑制附近的那些活动。但是，结果表明皮质信号因频率而变化，以独立地抑制或增强丘脑神经元。

在进一步的实验中，科学家测量了电路的物理性质，例如丘脑电池的电导，随着皮质活动的不同频率而改变。他们还检查了脑神经元上的哪个神经递质受体涉及（NMDA，AMPA和GABA）。这些研究表明，抑制和激发之间的抗脑细胞的频率依赖性切换与所有三种受体中的所有三种活性的不同余量相关。

实验还表明，称为TrN细胞的神经元对抑制丘脑细胞很重要，并且它们的影响在皮质活动的较高频率下消失。

最后，研究人员表明，通过在皮质中的γ频率产生脑波，这通常会自然发生，它们还可以刺激丘脑的更大活性。

当一个人理解电路时

该研究在电路级别示出了皮质的似乎如何动态地调节来自丘脑中的敏感性神经元的感官信息的涌入。随着实验室组织准备中现在观察到的电路，团队成员将继续研究皮质训练沟通在表现啮齿动物模型中。例如，它们可以通过激活皮质和丘脑神经元的相关电路来聚焦在特定晶须上的鼠标？

Connors表示，了解电路的正常功能看起来像是有助于神经科学家了解如何在某些疾病中可能不同，例如在精神分裂症中。

数据还将允许团队与同事合作以创建皮质疗法电路的计算机模型，这将允许使用模拟进一步研究。

最后，CrandAll也在另一个重要问题上：什么促使特定皮质神经元增加或减少其活性以控制其肉类对应物？

国家卫生研究院（F32-NS084763，R01-NS050434，P50-MH086400）和国防高级研究项目（DARPA-BAA-09-27）资助了该研究。

出版物：Shane R. Crandall等，“皮质训练开关：用动态突触控制丘脑，“2015年神经元; DOI：10.1016 / J.NEURON.2015.03.040

图像：Connors Lab / Brown大学