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科学家们绘制出对过滤干扰至关重要的大脑电路

2019-05-06 19:51:49 临床试验59℃

  科学家们绘制出对过滤干扰至关重要的大脑电路

  2015年10月22日

  在一项关于老鼠的研究中,科学家发现称为丘脑的大脑区域对于过滤干扰可能是至关重要的。这项研究发表在“自然”杂志上,部分由美国国立卫生研究院资助,为理解丘脑缺陷如何成为自闭症患者,注意力缺陷多动障碍(ADHD)和精神分裂症患者症状的基础铺平了道路。

  “我们不断受到来自周围环境的信息的轰炸,”美国国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所(NINDS)项目主任James Gnadt博士说。 “这项研究显示了大脑的电路如何决定要注意哪些感觉。”三十年前弗朗西斯·克里克博士提出,丘脑“闪耀光芒”。在皮质区域,为手头的任务准备它们,让大脑的其余部分在黑暗中闲置。

  “我们通常使用很小比例的传入感觉刺激来指导我们的行为,但在许多神经系统疾病中,大脑过载,”该研究的资深作者,纽约大学兰贡医学中心的助理教授,迈克尔哈拉萨博士,博士,博士。 “由于这种过滤功能可能会被破坏,因此很多感官输入都没有得到很好的控制。”

  长期以来,神经科学家一直认为,大脑最前方的一个区域称为前额叶皮质(PFC),它选择了要关注的信息,但这种情况如何发生仍然未知。一个常见的理论是PFC中的神经元通过向位于大脑外部的感觉皮层中的细胞发送信号来实现这一点。然而,Halassa博士的研究小组发现PFC神经元可以通过向位于大脑深处的抑制性丘脑网状核(TRN)细胞发送信号来调节小鼠大脑对视觉和听觉的敏感性。

  

  为了研究注意力,Halassa博士的团队设计了一项测试,挑战老鼠专注并忽视干扰。研究人员训练老鼠使用光线或声音来弄清楚哪两个门隐藏了牛奶奖励。在做出每一个决定之前,老鼠听到了一声噪音,告诉他们要预测光线或声音会导致他们进入正确的门。然后老鼠需要使用正确的提示并忽略不相关的提示以获得他们的奖励。

  研究人员使用转基因小鼠,其中特定的神经元可被光线激活或抑制。当小鼠预期提示时,PFC中的神经元沉默增加了错误。老鼠选择了错误的门来响应光线或声音提示,暗示他们无法专注于那个环境。相反,在预期期间沉默视觉皮层的神经元(处理视觉信息的大脑部分)对注意力没有影响。老鼠选择正确的门以响应轻提示。总体而言,结果表明,PFC和感觉皮质神经元之间的联系并未与此类注意力相关,如先前所认为的那样。

  相关故事血脑屏障破坏可能导致年龄相关的认知下降锻炼给老年男性提供了比女性更好的脑促进新的婴儿大脑图可能有助于早期诊断自闭症相反,进一步的实验表明TRN起了关键作用。在预期光线提示期间打开参与视觉的TRN神经元会增加错误,而关闭相同的电路会产生相反的效果 - 老鼠很难注意声音但不注意光线。

  “我们将其解释为意味着使视觉TRN失活使得无关的视觉输入更加分散注意力”。哈拉萨博士说。

  研究小组还观察到,当小鼠需要专注于光线时,活动在视觉TRN中下降,并且在处理视觉输入的丘脑部分中增加,称为外侧膝状体核(LGN)。但是,当PFC灭活时,这些变化并未发生。这些发现表明PFC改变了丘脑的活动,以便将注意力转向视觉信息。

  为了确定TRN和LGN的波动是否相关,研究人员开发了一种名为氯化物光度测定法的新技术,使他们可以直接监测实时进入LGN神经元的氯化物含量。流入神经元的氯离子越多,小鼠就越受抑制。该小组发现,在试验期间,更多的氯化物进入并抑制了LGN,这需要小鼠忽略光线并专注于声音。

  “利用这种新技术,我们实际上可以观察到丘脑小鼠中的电路问题如何导致人体某些神经精神疾病的浓度问题”。哈拉萨博士说。这项工作可能为克里克博士的丘脑探照灯理论提供了机械基础。

  资料来源:美国国立卫生研究院/国家神经疾病和中风研究所

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