《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。

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  • 《Nature | 人类海马神经元的相位-振幅耦合控制工作记忆》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 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。
  • 《Cell | 神经元JAK1抑制肺炎》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2023-12-24
    • 2023年12月21日,西奈山伊坎医学院Brian S. Kim通讯在Cell发表题为Sensory neurons promote immune homeostasis in the lung的文章 ,发现JAK1信号在肺感觉神经元中具有免疫调控作用。 该研究引入了一种表达与过敏性疾病相关的人JAK1 gain of function(GoF)突变的小鼠模型。这些小鼠有类似过敏性皮炎的自发性皮肤炎症的表型,具体表现为免疫细胞浸润和表皮增厚。然而,它们的肺部在基线状态下与野生型小鼠相比没有炎症。这些发现表明JAK1激活在皮肤中促进炎症,但在肺部中没有此效应。尽管突变小鼠没有自发性肺部炎症,但用真菌过敏原刺激它们却可以引发比野生型小鼠更强烈的过敏性肺部表现。令作者惊讶的是,将JAK1突变限制在基质细胞中减少了过敏原诱导的肺炎,转录组分析显示这抑制了与哮喘相关的基因表达。因此,与免疫细胞不同,基质细胞中的JAK1激活使肺部对炎症产生抵抗。 作者查阅文献发现,感觉神经元可以通过释放神经肽抑制肺部炎症。作者发现对肺感觉神经元的药物破坏加剧了过敏原诱导的炎症。选择性地消融迷走神经而不是脊神经神经元也加重了炎症。综合这些结果,迷走神经感觉神经元至关重要地抑制过敏性肺炎症状。进一步分析显示,大多数迷走感觉神经元表达Jak1。在感觉神经元中选择性敲除Jak1的小鼠在过敏原刺激后肺部炎症更加剧烈。具体分析发现,在Jak1缺失小鼠的迷走神经节中,编码CGRPβ的Calcb表达减少。作者从体外分析计算预测JAK1下游的STAT6调控了Calcb的转录。因此,感觉神经元Jak1控制与肺炎症相关的神经肽表达。 鉴于ILC2在过敏性气道疾病中的作用,作者测试了CGRPβ是否直接调控ILC2。实验中,在存在CGRPβ的情况下刺激肺ILC2,只能导致较少的细胞因子产生。此外,额外CGRPβ处理抑制了ILC2的扩增和小鼠的肺炎。相反,阻断CGRPβ信号加重了炎症。因此,CGRPβ是一种抑制ILC2并限制过敏性气道疾病的神经源性神经肽。在证明感觉神经元Jak1丧失会加剧炎症后,作者测试了定向增强肺内神经元JAK1是否具有免疫保护作用。作者将编码人类JAK1 GoF突变的病毒递送到呼吸道,以实现迷走感觉神经元的选择性转染。然后,这些小鼠呈现了对过敏原诱导的肺炎的显著抑制。同样,仅在感觉神经元中有条件地表达突变也能保护小鼠免受气道炎症疾病的侵害。综合这些结果表明,神经元内在的JAK1信号通过调节CGRPβ等调节性神经肽促进肺部免疫稳态。 总之,作者利用新的小鼠模型揭示了JAK1信号的组织特异性和细胞内功能。这些发现强调了神经免疫通路在炎症中的新兴和重要性,并提出了根据靶向特定细胞群的方式优化JAK抑制剂治疗的新策略。