Где неспецифический таламус встречается с префронтальной корой: первые измерения ключевых звеньев мозга

Внутри мозга мышей и людей относительно большая область в форме футбольного мяча, называемая таламусом, действует как коммутатор, обеспечивая префронтальную кору, часть, которая занимается абстрактным мышлением и принятием решений, с большей частью своей информации. В обязанности таламуса входит даже помощь префронтальной коре головного мозга в поддержании сознания и возбуждении.

Важно как это "таламокортикальный" партнерство состоит в том, что нейробиологи очень мало понимают связи, исходящие от матрицы клеток в так называемом "неспецифический таламус," где передается информация, отличная от органов чувств. В новой статье, опубликованной в декабре. 5, 2012, в Journal of Neuroscience исследователи Университета Брауна сообщают о первых прямых измерениях у мышей причинно-следственных реакций между ключевыми клетками таламуса в этой матрице и клетками префронтальной коры.

"Эти области таламуса составляют подавляющее большинство таламуса, но мы практически ничего не знаем о физиологии того, как они контролируют кору," сказал один из ведущих авторов, Скотт Крукшэнк, доцент (исследования) нейробиологии в Браун.

Среди выводов команды – то, что неспецифические сигналы таламуса наиболее сильно воспринимаются, по крайней мере, поначалу, тормозящими нейронами в самом внешнем слое коры (слой 1). Нейробиологи предположили, что эти сигналы в основном поступают в возбуждающие клетки коры головного мозга. Только со временем, с повторением таламических сигналов, клетки тормозного слоя 1 реагируют менее сильно, в то время как клетки возбуждения поддерживают устойчивый ответ. Результатом является паттерн, в котором общий эффект сигналов таламуса сначала тормозится в коре головного мозга, но в конечном итоге уступает место более устойчивому, более равномерному состоянию возбуждения в течение нескольких сотен миллисекунд.

Этот в конечном итоге устойчивый паттерн активации резко контрастирует с тем, как сенсорные сигналы от определенного таламуса разыгрываются в коре головного мозга. Возникающее в результате возбуждение в этих цепях сначала сильно, а затем ослабевает при повторении – в соответствии с тем, как люди перестают замечать образы, запахи и другие сенсорные сигналы через некоторое время, если они не меняются.

Большая часть причин, по которым нейробиологи не знали этого раньше, заключается в том, что измерения, которые сделали Крукшанк и его соавторы, было трудно, если не невозможно, выполнить с использованием традиционных методов электростимуляции и записи. После того, как ткань мозга мыши разрезана, длинные связи, которые таламус посылает в кору, называемые аксонами, разрываются. Электрическая стимуляция аксонов там, где они соединяются с клетками коры головного мозга, но ничем другим вокруг них, было невозможно.

Относительно новый метод, называемый оптогенетикой, сделал их измерения возможными. Оптогенетика позволяет ученым генетически создавать определенные типы нейронов, чтобы их активность можно было контролировать с помощью света разных цветов. Команда, включая соавтора Омара Ахмеда и старшего автора Барри Коннорса, заведующего кафедрой нейробиологии Брауна, оптогенетически сконструировала клетки таламического матрикса, чтобы их оторванные аксоны можно было выборочно стимулировать светом. Поскольку другие близлежащие типы клеток не были созданы оптогенетически, свет тоже не стимулировал их.

Тем временем исследователи записали электрическую активность различных клеток коры, с которыми связаны аксоны таламуса, чтобы увидеть, как они реагируют на стимуляцию аксонов таламуса. Иногда исследователи регистрировали только тормозящие нейроны уровня 1, иногда они записывали только возбуждающие нейроны более глубоких слоев, а иногда они регистрировали ответы разных нейронов одновременно. Примечательно, что нейроны коркового слоя внешнего и более глубокого слоев также связаны друг с другом.

Ключевыми результатами были измерения, показавшие, что тормозящие нейроны внешнего слоя, известные как "интернейроны слоя 1," имеют примерно в три раза более сильную начальную реакцию на таламические сигналы, чем более глубокие возбуждающие "пирамидальный" нейроны сделали. В конечном итоге ответы выровнялись, что со временем привело к устойчивому возбуждению.

Крукшанк сказал, что команда еще не знает, каково поведенческое значение этого устойчивого состояния, но оно может быть связано с поддержанием базового уровня сознания или внимания, возможно, для того, чтобы префронтальная кора была готова принимать и обрабатывать информацию из других источников. такие как сенсорные сигналы. Предыдущие эксперименты показали, что при повреждении неспецифического таламуса субъекты могут впадать в кому, но при стимуляции неспецифического таламуса кора головного мозга становится более возбужденной.

По крайней мере, теперь нейробиологи знают, как устанавливается эта связь.

Оставьте комментарий