Cell：揭示大脑制定决策的分子机制

2020年2月13日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中，来自哈佛大学等机构的科学家们通过研究大脑如何忽略或作用于不同的信息和知识，相关研究或能帮助理解大脑神经回路的功能，同时帮助研究人员更好地理解并治疗神经性疾病。

图片来源：Kris Snibbe/Harvard file photo

文章中，研究人员发病了一种新技术，其能帮助研究人员首次在活体动物大脑中观察到流经神经元的电脉冲，实际上该技术还能帮助研究者了解大脑是如何真正工作的，研究人员利用大脑的顶层来测试其所开发的技术，由于光学工具能利用光来记录神经元何时会放电，目前研究人员只能进行到这一层的研究，研究者Cohen说道，你或许只能看到表面，因为光线进入组织的时间很短，尽管如此，一些科学家们也认为这很困难。

从传统上来讲，科学家们能将超薄的玻璃探针随机插入大脑组织中，他们希望能够“刺中”神经元以便其能够记录单个信号，在第一层中，由于细胞过于稀少以至于这种技术无法有效发挥作用，研究人员所开发的技术能够照亮每个神经元，这样就能够有效锁定并同时分析多个神经元的行为和功能。随着这种光发生工具记录了活体小鼠的神经信号后，研究人员基于两种主要的注意力添加了刺激，首先他们轻拂小鼠的胡须，从而激发一个自上而下的信号使其能报告最新的感觉信息，随后他们在小鼠脸上吹气，这就会激活一个自上而下的信号，在该信号中目前已有的知识能够形成对刺激的感知。

在胡须轻拂实验中，刺激产生了预想的结果，即神经元的尖峰信号，但当研究人员使用激光人为地刺激相同神经元，随后在加上胡须弹动时，小鼠大脑的神经元就安静下来了，研究者发现，第一层的神经元能在激活和抑制之间保持一种谨慎的平衡性，如果一次触发的神经元过多，其就会抑制其它神经元的活性，这种回路就好像一个新型的检测器一样，突然的输入就会触发大部分神经元激活，但在持续输入的情况下，大部分的神经元就会互相抑制并诱发整个回路几乎完全关闭。

吹气方法为研究者的理论奠定了基础，为了应对吹气，少量激活最快的神经元就会暂停抑制其邻居的活性，如果刺激足够有力的话，那么在胜利者迫使其它细胞安静之前，神经元就会突然突起从而争夺主导地位。研究者Cohen表示，我们设计出了一种电路模型，基于这种模型，研究人员发现，第一层神经元能够表现出类似的行为，即一点点自上而下的激活能让神经元唤醒，因此其对感觉输入更具响应性，但过多的刺激会让回路“冻结”并忽略传入的信息。

后期研究人员还将继续深入研究揭示第一层神经回路工作调节注意力的机制，他们希望能够获得更多的数据来提供关于神经回路工作机制的更多信息，如果研究人员能够理解胡须反应的工作原理，后期他们或许还能够理解更复杂的工作机制，比如视觉或听觉。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Linlin Z. Fan, Simon Kheifets, Urs L. Böhm, et al. All-Optical Electrophysiology Reveals the Role of Lateral Inhibition in Sensory Processing in Cortical Layer 1, Cell (2020). DOI:10.1016/j.cell.2020.01.001