《Science | 两类抑制神经元控制脊髓感觉运动适应的习得和回忆》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-04-18
  • 2024年4月11日,日本理化学研究所的研究人员在Science上发表了题为Two inhibitory neuronal classes govern acquisition and recall of spinal sensorimotor adaptation的文章。

    通过一个简单的条件反射范例,我们发现背侧抑制神经元通过调节一组特定体感信息的传递来增强与肢体位置相关的条件反射线索的显著性,从而适应保护性肢体退缩行为。

    相比之下,维持先前获得的运动适应需要腹侧抑制闰绍细胞。操纵闰绍细胞并不影响适应性本身,但可以灵活地改变适应性行为的表达。这些发现确定了一个涉及两种不同脊髓抑制性神经元群的回路基础,能使持久的感觉运动适应独立于大脑。

  • 原文来源:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf6801
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    • 中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武团队在脊髓组织体外制造研究中取得系列进展。该团队建立了含有人神经干细胞和星形胶质细胞的脊髓组织制造技术,在体外实现了厘米级的临床可移植的脊髓组织制造(Jin et al, Bioengineering & Translational Medicine, 2022),并通过材料与细胞共价偶联技术制造了具有药物靶向引导功能的人脊髓组织(Liu et al, Science Advances, 2023)。   近期,该团队在脊髓制造研究中取得了新进展。研究通过诱导神经干细胞在胶原材料中预分化,制造出具有背腹侧结构的类脊髓组织(DV-SC),且在移植到大鼠和恒河猴全横断脊髓损伤模型中后显示出良好的治疗效果。   研究利用神经分化信号因子组合对接种在胶原支架材料上的神经干细胞进行了为期30天的定向诱导分化,所获得的DV-SC中含有多种类型的脊髓背腹侧神经元,包括BRN3A+ INs(背侧dilc-di3,diLB-di5神经元)、TLX3+ INs(背侧di3,diLB-di5神经元)、LMX1B+ INs(背侧diLB-di5神经元)、LHX1+ INs(腹侧di6-V1神经元)、FOXP2+ INs(腹侧V1神经元)、HB9+及ISL1+(运动神经元)。   该研究将DV-SC移植到大鼠和恒河猴T8-9完全性脊髓损伤模型中。DV-SC可以在大鼠和恒河猴损伤区更好地存活,产生成熟的功能性神经元。此外,DV-SC能够对应感觉和运动环路整合到宿主全横断的脊髓神经网络中,其中DV-SC来源的HB9+轴突和BRN3A+轴突可分别和宿主5-羟色胺5-HT+轴突和降钙素基因相关肽CGRP+轴突形成靶向突触连接,部分恢复中断的神经回路,进而改善脊髓损伤大鼠和恒河猴的运动诱发电位和后肢运动功能的恢复。   3月30日,相关研究成果在线发表在Bioactive Materials上。研究工作得到国家自然科学基金重大项目和中国科学院战略性先导科技专项的支持。
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    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-04-21
    • 2024年4月17日,西达赛奈医学中心等机构的研究人员在Nature发表题为Control of working memory by phase–amplitude coupling of human hippocampal neurons的文章。 在工作记忆中保留信息是一个要求非常高的过程,其依赖于对认知的控制来保障临时记忆痕迹免受干扰,然而,目前研究人员并不清楚认知控制调节机体大脑工作记忆储备背后的分子机制。该研究揭示了负责工作记忆的脑细胞是如何协调有意识的注意力和短期信息存储。工作记忆,正如记住一串较长电话号码以便拨打那样,是一种短暂的信息保持形式。 研究者Jonathan Daume博士表示,这项研究中我们首次识别出了一组特殊的神经元,其受到了两类脑电波的影响,这种脑电波能协调工作记忆中的认知控制和感觉信息的储存,尽管这类神经元自身并不直接储存信息,但在短期记忆保存过程中却起到了至关重要的作用。工作记忆仅需大脑在数秒内暂存信息,这一过程极为脆弱,需持续的关注力维系,同时也易受各种疾病及状态影响,如阿尔茨海默病和注意力缺陷多动障碍等疾病,患者的困难并非在于信息存储本身,而是集中在注意力的保持以及已形成的记忆能否有效维持。 研究者坚信,深入理解工作记忆的调控机制可能是研发针对此类以及其它神经系统疾病创新疗法的关键基石。为了探究工作记忆功能的具体运作方式,研究团队记录了36名接受手术并在大脑中植入电极的住院患者的大脑活动数据,这部分患者正在接受癫痫诊断。当患者执行涉及工作记忆的任务时,研究者实时捕捉了单个脑细胞的活动情况以及脑电波变化。实验过程中,研究人员在电脑屏幕上向患者展示一张或多张包括人物、动物、物体或风景在内的图片,然后屏幕会在不足三秒的时间内变为空白。此时,研究人员要求患者记住刚刚看到的图片;接着展示另一张图片,让患者判断该图是否为先前所见,或是最初三张图片之一。 当患者在运用工作记忆完成任务时表现得准确快速时,研究者观察到两类神经元——类别神经元和相位振幅耦合神经元(PAC神经元)均有放电现象。其中,“类别神经元”对照片中呈现的某一类别(例如动物)产生响应,而PAC神经元虽然不携带具体内容,但却通过相位振幅耦合过程确保了类别神经元对特定内容的聚焦和记忆固化。PAC神经元能与大脑中的θ波(与注意力和控制相关)和γ波(与信息处理关联)同步放电,从而可能协调类别神经元的活动。类别神经元进而适时地向大脑发射γ波,增强了患者回忆工作记忆中储存信息的能力。 研究者Rutishauser形象地比喻道,设想一位患者看到一张狗的图片,他大脑中的类别神经元开始发出“狗、狗、狗”的信号,而PAC神经元则仿佛发出“请注意/记住”这样的指令。借助相位振幅耦合机制,这两类神经元共同创造了一种和谐的信息叠加效应,相当于“记住这只狗”,形成了整体效果大于各部分简单相加的局面,就像一支交响乐团中,指挥者(此处指PAC神经元)协调各个乐手和谐地奏出美妙的乐章。 PAC神经元在海马体中完成了这个关键过程,海马体是大脑内长期被认为是长期记忆核心的重要区域。该研究首次揭示了海马体可能在控制工作记忆方面同样担当着关键角色。