研究大脑的传递过程以指导大脑疾病的治疗

新的研究表明，细胞在丘脑内收集的数据比以前认为的要多，丘脑是大脑中感觉和运动能力的中继站。这可能会改变治疗精神分裂症、癫痫和其他脑部疾病的医学方法。

我们的大脑负责协调和解释我们每天习以为常的许多行为，从走路、跑步到视觉和听觉。为了协调在大脑中发射的感觉和运动信号，需要某种中继站，在这种情况下，就是丘脑，大约位于中脑的两个小叶。

传统上，研究丘脑内的神经元一直很困难，但了解它们如何帮助接收和传递感官和运动技能的重要信号，也许有一天会为患有某些脑部疾病的人带来新的医疗护理。

芝加哥大学和美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员进行的新工作揭示了丘脑中以前未检测到的感觉和运动信息的收敛或合并，这可能会使科学更接近此类治疗。

科学家认为，丘脑有助于传递感觉和运动信号，调节意识和警觉性。但这项新研究揭示了丘脑如何接收不同类型的信息并将其传递到皮层的各个部分的复杂性。

该团队的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

为了更全面地了解丘脑的作用，该团队依赖于各种科学领域的工具，包括遗传学、病毒学、分子生物学和微生物学，以及各种成像技术。

“阿贡的工具帮助我们发现了这种融合，否则我们永远不会看到，”阿贡生物科学部的神经生物学家、芝加哥大学博士后学者Vandana Sampathkumar说。

该团队使用电子显微镜从老鼠大脑中收集了数千张图像。图像以数字方式重新组合或拼接到本地桌面，然后在阿贡的可视化计算机Cooley上对齐，进行3D重建。

“我们的假设是，细胞从一个地方接收信息，并将信息以最小的变化发送到另一个地方。但事实并非如此。”“数量惊人的细胞从不同的地方接收信息，并在传递之前进行整合。”

研究小组成员、芝加哥大学神经科学专业的学生安德鲁·j·米勒-汉森(Andrew J. Miller-Hansen)补充说，它有“许多杂乱、复杂、多样的输入和输出”。

通过图像重建，研究小组发现单个神经元可以合并来自皮层不同区域的信号。例如，在丘脑的一个称为后内侧核(Pom)的区域中，一个神经元可以同时接收感觉和运动信息。他们还确定POm神经元从未知来源接收类似的输入，“这表明信息的整合程度比我们的数据直接显示的还要大，”论文指出。

米勒-汉森说:“我们对感觉和运动信息如何在丘脑中整合的理解，对于了解信息在大脑中一般是如何流动的非常重要。”“我们想知道这种融合模式是特定于感觉和运动整合，还是一种支持大脑中其他形式整合的常见电路模式。”

通过阐明丘脑中神经元的处理和信号传递能力，这一新信息可以帮助找到精神分裂症、某些形式的癫痫和其他脑部疾病的治疗方法，在这些疾病中，丘脑功能障碍似乎与临床问题有关。

参考:王晓明，王晓明，王晓明，等。高阶丘脑神经元信号整合的研究进展。PNAS．2021、118(30)。doi:10.1073 / pnas.2104137118

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