Исследователи составили карту того, как отдельные нейроны кодируют поведенческие состояния
Исследователи из Национального института здравоохранения составили карту того, как отдельные нейроны первичной соматосенсорной коры получают пресинаптические сигналы со всего мозга, которые кодируют поведенческие состояния, что позволяет нам лучше понять активность коры.
Нейроны в первичной соматосенсорной коре обрабатывают различные типы сенсорной информации и демонстрируют различные паттерны активности, однако причина этих различий оставалась неясной. Предыдущие исследования подчеркивали роль моторных корковых областей в обработке, связанной с движением, но также признавали, что таламус играет роль, выходящую за рамки сенсорного реле.
Используя высокоточное картирование отдельных клеток для отслеживания нейронных связей , команда обнаружила, что таламический сигнал является основным драйвером для нейронов, коррелирующих с движением, в то время как двигательный кортикальный сигнал играет меньшую роль.
В исследовании «Пресинаптические сети функционально различных корковых нейронов по всему мозгу», опубликованном в журнале Nature , исследователи NIH использовали двухфотонную кальциевую визуализацию, оптогенетику, нейрофармакологию и моносинаптическую ретроградную трассировку на основе отдельных клеток для картирования пресинаптических сетей отдельных нейронов в первичной соматосенсорной коре мышей. Нейрональная активность регистрировалась в течение нескольких дней, пока мыши совершали спонтанные движения.
Нейроны, кодирующие поведенческие состояния, получали значительно меньше входов из двигательных корковых областей и больше из таламических областей, особенно вентрального заднемедиального ядра. Оптогенетическое подавление таламического входа снижало поведенческую активность, зависящую от состояния, в то время как блокирование нейромодуляторных входов, таких как ацетилхолин и норадреналин, имело минимальный эффект.
Было обнаружено, что сдвиги кортикального состояния стабильны в течение нескольких дней, что противоречит более ранним моделям, которые описывали их как временные. Даже после фармакологической блокировки нейромодуляторных входов паттерны нейронной активности, связанные с поведенческими состояниями, оставались нетронутыми, что предполагает, что глутаматергический синаптический вход играет доминирующую роль в поддержании этих представлений.
Картирование пресинаптических сетей на уровне отдельных клеток предлагает новый взгляд на то, как отдельные корковые нейроны интегрируют различные входы для кодирования поведения. Результаты могут дать информацию для будущих исследований неврологических расстройств, при которых нарушенная связь влияет на поведение и восприятие.
В исследовательском обзоре «Разнообразие в нейронной активности может быть вызвано различиями во входных данных», подготовленном авторами исследования Аной Р. Инасио и Сухён Ли, также опубликованном в журнале Nature , подробно рассматривается значимость этих результатов.
Они отмечают, что функционально различные нейроны демонстрируют характерные пресинаптические сети, при этом нейроны движения получают большую долю входов от ядер таламуса и меньшую от двигательных корковых областей. Эти анатомические предубеждения формируют идентичность нейронов движения в соматосенсорной коре.
Они также изучают более широкие последствия, отмечая, что сигналы поведенческого состояния модулируют нейронную активность посредством механизмов, выходящих за рамки прямой сенсорной обратной связи. Активность нейронов движения сохранялась даже при блокировке сенсорного входа от подушечки вибрисса, что предполагает дополнительные влияния и подтверждает роль таламического входа.
Были рассмотрены нейромодуляторные сигналы, однако прямое высвобождение в соматосенсорной коре не приводило к активности двигательных нейронов, что оставляло открытой возможность косвенного воздействия через таламические проекции.
Авторы подчеркивают необходимость дальнейших исследований природы этих сигналов поведенческого состояния и их роли в нейронной коммуникации. Будущие исследования, как они полагают, могли бы сравнить модели связей при неврологических расстройствах, потенциально информируя о новых терапевтических подходах.
Также читают: Поделиться: