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不同大脑半球中神经元之间的同步可能有助于行为适应

  • 科学
  • 2020-06-19 08:42:31
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为了生存和发展,人类和其他生物必须不断获得新的策略,以使其行为适应不断变化的环境。过去的研究表明,不同脑细胞之间的同步可以创建灵活的大脑状态,从而促进行为适应不同情况。

人们经常发现生物体表现出有节奏的神经活动,这种活动同时发生在大脑的不同部位,并且同步发生。但是,神经科学家尚未能够确定这种同步活动对于特定的大脑功能是否重要,还是仅仅是大脑回路组织方式的副产品。

有趣的是,已发现患有精神分裂症和自闭症等精神健康障碍的人在神经元之间的同步性方面表现出缺陷。因此,了解同步神经活动的含义和意义可能对包括神经科学,心理学和精神病学在内的多个研究领域具有重要意义。

加利福尼亚大学旧金山分校的研究人员与哈佛大学和斯坦福大学的科学家合作,最近进行了一项研究,探讨了前额叶小白蛋白(PV)中间神经元之间的伽马频率(〜40 Hz)同步在小鼠体内的作用。获得新的奖励激励协会。他们的论文发表在《自然神经科学》上,提供了新的见解,最终可以增进我们对在受许多精神健康障碍影响的人中观察到的神经同步模式异常的理解。

进行这项研究的研究人员之一维卡斯·索哈尔(Vikaas Sohal)告诉《医学快报》说:“我们目前不知道是否需要纠正与特定精神障碍有关的同步性缺陷。”“在我们最近的研究中,我们着手评估这种同步是否确实有助于小鼠学习。”

在他们的研究中,Sohal和他的同事使用了一种称为光遗传学的方法,该方法使用光敏蛋白来激活神经元,以控制小鼠左右脑半球中神经元之间的同步。这使他们能够测试在调节实验期间,改变这些神经元的同步性是否会影响小鼠的联想学习。

Sohal解释说:“然后,我们使用遗传编码的电压指示剂(蛋白质会根据神经元活动改变其荧光)来检测左右半球中特定神经元的同步时间。”

研究人员的实验产生了许多有趣的结果。首先,当小鼠收到的信息表明某些先前了解的关联不再有效时,Sohal和他的同事观察到PV神经元之间的跨半球γ同步性细胞类型特异性显着增加。

当研究人员使用光遗传学破坏这些同步时,这些小鼠似乎会根据他们先前学习的关联来继续行动,而不会使其行为适应当前的情况。但是,当他们在其他频率上使用同相刺激或异相刺激技术时,则不会发生这种情况。

“从本质上讲,我们发现位于前额叶皮层的特定类别的神经元之间发生了伽马频率同步,这在特定类型的学习中是必要的,” Sohal解释说。“更具体地说,当小鼠必须重新评估外部提示的行为意义时,同步很重要,例如,以前存在但与任务执行无关的提示突然变得很重要。”

Sohal和他的同事们收集了有价值的新见解,了解跨半球伽马同步在小鼠学习建立新的提示-奖励关联时在行为适应中的作用。更具体地说,他们发现伽马同步对于重新评估外部刺激的行为显着性(即,如何根据周围环境中的某些线索最好地适应其行为)至关重要。

将来,这一发现可能为研究伽玛同步对不同类型学习的影响的新研究铺平道路。结合起来,这些工作最终可以加深目前对受某些精神健康障碍影响的人这种神经同步的区别的理解。

Sohal说:“在我们的下一个研究中,我们想研究我们揭示的跨半球伽马同步现象是如何产生的,以及特定的药物如何增强它。”

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