科学家们终于解开了长期存在的大脑之谜

说明大脑突触

加州大学河滨分校小鼠研究表明,在大脑中感觉输入被转化为运动。

当我们看到前面的红灯而踩下刹车时,一系列的事件以闪电般的速度在大脑中展开。

交通灯的图像从我们的眼睛转移到视觉皮层,而视觉皮层又将信息传递给前运动皮层——大脑中负责准备和执行肢体运动的部分。然后一个信号被发送到我们的脚,让我们踩刹车。然而,大脑中帮助身体从“看”到“走”的区域仍然是一个谜,这让神经科学家和心理学家感到沮丧。

将这“黑盒”,加州大学的神经科学家团队河畔,在老鼠实验识别功能的大脑区域之外感觉编码和运动编码,可能开辟新的方向研究感觉器官的细胞和电路机制转换。研究人员报告说,传统上被定义为老鼠须状运动皮层的一个皮层区域与转化过程最直接相关。

在实验室里,研究人员训练老鼠感觉到它们胡须的一侧有轻微的偏斜,然后报告它们是否通过舔一个水口来感觉到偏斜。

“我们记录一些大脑区域的神经活动可能传达这种感觉转换使用的语言的神经元——产生的电信号——鼠标执行的任务刺激检测,“Zhaoran Zhang说,研究生在神经科学研究生项目和co-first研究论文发表的作者eNeuro这是一份神经科学学会的开放获取期刊。

系的研究生将核技术Zareian心理学和co-first作者的研究论文,解释了团队使用简单而直观的数学工具改变神经元的电活动的数字描述感官输入神经元意义上多少,多少反映了即将到来的运动输出,以及他们预测感官信息是否可以成功地转化为一个正确的行为。

Behzad Zareian, Edward Zagha和Zhaoran Zhang

变焦照片显示,从左到右,Behzad Zareian, Edward Zagha,和Zhaoran Zhang。资料来源:加州大学河滨分校扎格哈实验室

传统上被定义为“我们位于一个大脑区域须运动皮层,以前认为影响鼠标移动它的胡须,“Zareian说,“我们发现皮质区域能够须偏转的感官输入转换为更一般的运动行动——舔在这种情况下——而不是移动的胡须。”

通讯作者爱德华•Zagha的心理学助理教授和研究员团队的原理,解释说,一个困难的发现大脑区域操作感觉运动转换,虽然科学家可以测量大脑的感官,motor-related活动容易在实验室里,内部流程进行大脑感觉运动变换难以捉摸,难以量化。

扎格哈说:“我们的大脑在不止一个地方代表着感觉和运动信息,而且常常以一种冗余的方式用于多种目的,比如微调未来的动作、增强感知或记忆存储。”因此,科学家们现在能够区分转换的位置和那些仅仅反映感官或运动信息用于其他目的的区域。这可以极大地改善靶向治疗对感觉和运动相关大脑缺陷患者的使用。”

接下来,该团队计划将研究重点放在胡须运动皮层上,以展示在这个区域内发生了什么,使转变过程成为可能。

扎格说:“有趣的是,每个皮层区域都由多层和多种亚型的神经元组成,比如研究中的兴奋性和抑制性神经元。”“因此,这扩展了我们对执行感觉-运动转换的神经生物学回路的认识,并确定了调节这些大脑功能的潜在治疗干预部位。”

参考:Behzad Zareian, Zhaoran Zhang and Edward Zagha, 2021年1月25日,《小鼠触须检测任务中感觉-运动转换的皮质定位》eNeuro
DOI: 10.1523 / eneuro.0004 - 21.2021

这项研究由白厅基金会(Whitehall Foundation)和国立卫生研究院(National Institutes of Health)资助。

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