研究人员搜出我们如何感知运动,这都是由于抑制

马克斯•普朗克神经科学佛罗里达理工学院的研究人员发现一个全新的视觉皮层的抑制作用,精炼如何运动神经元编码对象

我们的大脑做编码的工作对我们周围的世界的视觉信息,提供一个瞬时报告对快速变化的状况,对指导我们的行为至关重要。大脑不可或缺的编码机制的存在神经元选择性响应特定的视觉特性,产生电活动可靠信号属性如边的方向,他们的位置在空间,他们的方向运动。通过使用新的工具来探测连接,神经回路使用的原则来生成选择性反应,神经科学的马克斯·普朗克佛罗里达理工学院的科学家们获得一系列大脑功能的基本机制的新见解。

了解神经回路构建响应选择性构成巨大挑战,因为单个神经元收到成千上万的突触输入来自其他神经元,这些输入可以有不同的属性以及它们如何影响神经元的响应。一些输入的兴奋性,使神经元更有可能产生一个电信号,而另一些则抑制,减少神经元生成一个信号的可能性。不知何故神经元整合所有这些兴奋和抑制性突触输入生成选择性的反应,一个神秘的“输入/输出变换”,强烈的研究兴趣的主题。

先前的研究已经表明,有一些简单的规则控制兴奋和抑制性功能连接。著名的规则,出现了兴奋性连接是“喜欢与喜欢。”例如,在视觉皮层神经元选择性响应特定方向的运动被认为接收来自其他神经元的兴奋性输入的选择性响应的运动方向相同。一个同样重要的规则已经假定了抑制性输入:抑制性输入的属性一个神经元接收匹配其兴奋性输入的属性。因为“匹配规则”,抑制输入被认为调整兴奋性输入的强度,但不改变选择性向神经元的兴奋性输入。

现在在最近的出版物在自然界中,大卫•菲茨帕特里克的实验室的研究人员丹尼尔•威尔逊博士和便雅悯肖勒,博士,积累了多行挑战这两个原则的证据,提供一个新的视角对电路在视觉皮层的兴奋和抑制雇佣来生成神经元反应选择性的一个物体的运动方向。

MPFI人员首先需要一个更好的方向选择性由神经元的兴奋性突触输入。为此他们体内双光子显微镜用来描述个人的方向选择性兴奋性突触输入到一个神经元的树突,比较偏好与神经元的总体方向。令人惊讶的是,他们发现有违传统的思考。虽然,许多神经元的突触与总体方向性偏好,大量被发现最好的应对(null)运动方向相反,连接的模式形成鲜明对比,“喜欢与喜欢”规则。他们还注意到一个明显不匹配的力量神经元的方向选择性,并预测其兴奋性突触输入。程度的方向选择性神经元表现出明显大于预期会从这样一个广泛的兴奋性输入。

进一步调查因子(s)负责这令人费解的不同神经元的兴奋性输入和输出,他们转向了一组不同的实验使用体内全细胞膜片钳电生理。这种技术可以测量突触输入导致的总额神经元的反应,比较兴奋和抑制性突触输入的贡献。兴奋性输入的结果是一致的与双光子成像数据确认大量的兴奋性输入的首选和零运动方向。抑制的结果为团队提供了另一个挑战传统思维和一个潜在的解释令人困惑的输入/输出的区别:事实上,调优的抑制性输入不匹配的兴奋性输入。对于许多神经元抑制的力量是最大的零方向运动,这表明兴奋性突触输入零方向通过抑制被选择性地抑制。

这些研究结果预测,皮质抑制性神经元使大量的突触输入神经元兴奋性,喜欢运动的方向相反。研究人员应用两种新颖的方法来研究这个问题,首先绘制解剖功能定义抑制性神经元的连接,然后使用光遗传学(与光选择性地激活抑制性神经元)映射抑制性输入单一神经元兴奋性的来源。在串联,这些技术证实,抑制兴奋性神经元连接常常源自神经元,首选的相反方向运动。

除了理清机制负责方向选择性,这些发现强调了灵活的方式,神经回路可以兴奋和抑制性输入集成构建多种选择性反应神经编码的关键属性。总是联系不像和激励并不总是匹配抑制,但是你可以依靠大脑回路进化的组合输入必要的,以确保高水平的功能性性能。

这篇文章被转载材料所提供的马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考:
威尔逊,D。肖勒,B。d &•菲茨帕特里克(2018)。对兴奋和抑制的微分优化形状方向选择性雪貂视觉皮质。大自然。doi: 10.1038 / s41586 - 018 - 0354 - 1