《Nature | 大脑皮层的重新激活预示着未来的感觉反应》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2023-12-17
  • 2023年12月13日,哈佛大学等机构的研究人员在Nature杂志在线发表了题为Cortical reactivations predict future sensory responses的文章。

    许多关于离线记忆巩固的理论假定,在突出的感官体验中被激活的神经元模式将被忠实地重新激活,从而稳定这种模式。然而,感觉诱发模式并不稳定,而是在重复经验中漂移。

    为了研究重新激活和感觉表征漂移之间的关系,该研究成像了小鼠外侧视皮层上千个兴奋性神经元的钙活动。在视觉刺激后的一分钟内,研究人员观察到短暂的,刺激特异性的再激活,通常伴随着海马的尖波涟漪。刺激特异性再激活在前一刺激期间被局部皮层沉默所消除。在一个会话的早期重新激活有系统地不同于以前的刺激所引起的模式ーー它们更类似于未来的刺激反应模式,从而预测日内和日间的代表性漂移。特别是,与刺激反应模式相比,较多或较少参与早期刺激反应的神经元分别逐渐增加或减少其未来的刺激反应。

    事实上,研究人员可以准确地预测未来刺激反应的变化,以及只使用重新激活的速率和内容来分离对不同刺激的反应。因此,重新激活可能有助于感觉皮层反应模式的逐渐漂移和分离,从而增强感觉辨别。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-023-06810-1
相关报告
  • 《Nature | 皮层调节对疼痛中的人的帮助行为》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-01-25
    • 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。
  • 《美国科研团队首次证明人脑类器官植入小鼠体内后可连接动物皮层,并对外部感官刺激做出反应》

    • 来源专题:生物安全
    • 编译者:闫亚飞
    • 发布时间:2023-02-06
    • 据genengnews网12月30日消息,美国加州大学圣地亚哥分校科研团队首次证明,植入小鼠体内的人脑类器官可与小鼠大脑皮层建立功能连接,并对外部感觉刺激做出反应。该团队开发出一种结合透明石墨烯微电极阵列和双光子成像的创新实验装置并放置在移植类器官上,从而在宏观和单细胞水平可记录和成像神经元活动。研究表明,由诱导多能干细胞生成的人大脑皮质类器官在植入小鼠大脑后能与周围的宿主皮层组织建立突触连接,并接受了来自小鼠大脑的视觉刺激输入,产生相应的电生理反应。该神经记录技术为研究大脑类器官提供平台,研究人类神经网络层面的功能障碍,以及将大脑皮质类器官作为恢复功能缺失、退化或受损的大脑区域的神经修复物提供了前所未有的机会。相关研究成果发表于Nature Communications期刊。