《Nature | 后顶叶皮层中的突触布线模式支持决策》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-02-27
  • 2024年2月21日,哈佛医学院等机构的研究人员在Nature发表题为Synaptic wiring motifs in posterior parietal cortex support decision-making的文章。

    后顶叶皮层在知觉决策任务中表现出选择性活动。然而,目前尚不清楚这种选择性活动是如何从潜在的突触连接中产生的。

    该研究结合了虚拟现实行为、双光子钙成像、高通量电子显微镜和电路建模,以分析后顶叶皮层神经元之间的突触连接与其选择性活动的关系。研究人员发现兴奋性锥体神经元优先靶向具有相同选择性的抑制性中间神经元。反过来,抑制性中间神经元优先靶向具有相反选择性的锥体神经元,形成对立的抑制基序。这个基序甚至存在于不同任务时期具有活动峰值的神经元之间。

    研究人员开发了这些基序执行的计算的神经回路模型,并发现具有相反选择性的神经群体之间的对手抑制放大了选择性输入,从而改善了试验类型信息的编码。这些模型还预测,在不同任务时期具有活动峰值的神经元之间的对手抑制有助于产生特定于选择的顺序活动。这些结果为皮层回路中的突触连接如何支持学习决策任务提供了证据。

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    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-01-29
    • 2024年1月24日,加州大学洛杉矶分校(UCLA)洪暐哲团队在Nature 期刊发表了题为Cortical regulation of helping behaviour towards others in pain 的研究论文。 尽管先前的研究表明,人类和动物能够感知其他个体的状态和需求,但个体如何针对他人的特定需求和目标作出有针对性的帮助行为,以及其背后的神经机制仍然不清楚。虽然这些帮助行为需要个体能够识别他人的状态和需求,但是如果旁观者仅仅理解他人的需要而不采取行动来提供帮助,这对那些有需要的个体来说价值有限。帮助行为是如何发生的?它在神经网络中是如何被编码和调控的?这些行为过程的神经生物学机制并不清楚。 该研究使用小鼠作为模式生物,对动物间的帮助行为进行了深入的研究,并揭示了大脑中编码和控制这种行为的重要神经生物学机制。 研究团队在之前的研究中发现,小鼠能够表现出亲社会的安慰行为(allogrooming behavior)以向经历了负面刺激而处于焦虑状态的同伴提供情感上的支持。在这一发现的基础上,研究团队进一步发现,小鼠对处于疼痛中的同伴能够表现出有针对性的帮助行为——小鼠会有针对性地舔舐同伴的受伤部位,以帮助他们应对疼痛。这种帮助行为被作者称为targeted allolicking。它由其他小鼠的局部疼痛和伤害引起,并且能够减少受伤个体自己舔舐自己伤口的需求。这种帮助行为在动物界广泛存在。作者们的研究提供了确凿证据,表明小鼠能够感知处于疼痛中的个体的特定需求,并通过targeted allolicking帮助其他小鼠应对疼痛。这为研究这种行为的神经生物学机制奠定了基础。 利用这一行为模型,研究团队深入研究了大脑皮层区域Anterior Cingulate Cortex (ACC)在编码其他个体的疼痛状态,以及调节这种帮助行为方面的作用。作者们发现,ACC中的单个神经元和整体的神经活动能够编码其他个体的疼痛状态,并且与对其他个体正常状态的神经反应有显著不同。此外,ACC中存在不同的神经元参与编码两种不同形式的亲社会行为——针对其他个体局部疼痛的目标性帮助行为(targeted allolicking)和对其他个体的安慰行为(allogrooming)。这些发现为ACC如何感知其他个体不同形式的负面状态,并根据不同情境调控不同的亲社会行为提供了新的见解。有趣的是,与这项研究的发现类似,过去的研究使用脑电图发现人类幼儿表现出的安慰和助人行为也与不同的神经活动模式相关。 最后,研究团队通过光遗传学和化学遗传学提供了功能上的证据,证明了ACC神经元在控制这种帮助行为中的因果关系。该研究发现,抑制ACC的神经元会导致allolicking减少,而激活ACC可以增强针对受伤部位的allolicking行为。 目前人们对于帮助行为的神经编码和调节这一有趣的问题还知之甚少,因此这项发现具有重要的意义。这些发现对动物感知其他个体的特定状态和需求并表现出亲社会行为的神经机制提供了关键见解,并为亲社会行为的神经机制研究开辟了新的研究方向。
  • 《Science | 人类皮层2-3层微回路的定向和无环突触连接》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-04-24
    • 2024年4月18日,柏林夏里特医学院等机构的研究人员在Science发表题为Directed and acyclic synaptic connectivity in the human layer 2-3 cortical microcircuit的文章。 神经网络的计算能力从根本上受到其特定连接的限制。先前对皮质连通性的研究大多是在啮齿动物中进行的;其中建立的原则是否也适用于进化扩展的人类皮层尚不清楚。 该研究使用从脑部手术中获得的样本研究了人类颞叶皮层内的网络特性。研究人员分析了2-3层锥体神经元的多神经元膜片钳记录,发现与啮齿动物相比存在实质性差异。互易表现为随机分布,突触强度与连接概率无关,核上颞叶皮层的连接遵循有向且多为无环的图拓扑结构。这些原理在神经元模型中的应用增加了网络动力学的维度,表明皮质计算的关键作用。