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科学家们发现了大脑中三种细胞类型的功能和联系

2019-01-11 17:51:07 • 来源：

大脑是如何运作的仍然是个谜:科学家甚至不确定大脑中有多少种神经细胞。要知道大脑是如何工作的，他们不仅需要知道神经细胞的类型，还需要知道它们是如何协同工作的。索尔克研究所(Salk Institute)的研究人员离解开这个黑匣子又近了一步。

科学家们发现了大脑中三种细胞类型的功能和联系

利用先进的视觉和基因技术，研究小组在视觉皮层中发现了一种新的神经细胞亚型。该小组还详细描述了新细胞和两个类似的神经元如何处理图像并连接到大脑的其他部分。学习大脑如何在如此详细的层面上分析视觉信息，也许有一天会帮助医生理解精神分裂症和自闭症等疾病的构成要素。

Salk教授Edward Callaway说，他是12月6日发表在《神经元》杂志上的论文的资深作者。

解开大脑的详细工作机制一直是一项进展缓慢的挑战。历史上，科学家们用染色来证明不同的神经元有不同的形状，可能是不同类型的细胞。然而，大脑中神经元类型的真实数量仍然是个谜。Callaway将解开神经元连接和功能的任务比作情报监视。二十年前,技术跟踪各种大脑神经元之间的连接是一样复杂的拍摄一组人在一个城市的角落在手机:每个人在说到另一个地方,但是谈话的另一端的人可能是一个街区,或全国。谈话的内容是无法推断的。

Callaway说:“就像手机通话一样，每一种类型的神经元只与特定类型的神经元相连，但它可能是大脑中其他任何地方的细胞。”他说，过去五年开发的新的小鼠模型和其他技术提供了像电话窃听监控一样强大的绘图工具，让科学家能够追踪“神经元类型是什么，哪些细胞类型在相互交谈，以及它们在谈论什么”。

在他们的新论文中，Callaway和他的同事们通过在动物模型中有选择地对特定的细胞类型进行基因操作，来可视化不同类型神经元特有的大小、形状和电活动，从而解决了这些问题。

研究小组研究的这三种神经元类型是一种更大的神经元分类——兴奋性锥体神经元(以其形状命名)——的一部分，在整个大脑皮层发挥着重要作用。尽管所有的实验都是在小鼠的视觉皮层中进行的，但在包括人类在内的许多动物的大脑中，同样的神经元细胞类型可能存在并发挥着类似的作用。

以前，人们没有很好的工具来标记或观察清醒小鼠大脑中特定的锥体细胞类型。但是使用这种先进的视觉技术，我们可以看到细胞的活动，以及每种细胞类型可能如何为不同的目的处理不同种类的信息。

索尔克大学的科学家们使用特殊的成像技术，展示了这三种细胞类型是如何以及在什么时候被激活的，以应对展示给一只活老鼠的不同图像。为了追踪新细胞的神经回路，研究小组使用了Callaway实验室发明的一种改良的狂犬病病毒方法，来绘制这三种神经元类型与大脑其他部分细胞之间的联系。

两种成像测试的结合描绘了不同神经元的功能。

在视觉测试中，对精细的空间信息敏感的两种神经元类型也被映射到负责分析各种信息的大脑区域。同样的，在视觉测试中对方向和速度做出反应的神经元，在狂犬病图谱实验中与大脑的不同部位连接的方式也不同。

“一种特定的细胞类型对快速移动的刺激做出反应，这不是偶然的，因为这些神经元连接到大脑中负责控制眼球运动的部分，”Callaway说。输出与电路的功能相匹配。

Callaway预计未来的实验可能会确定这些神经元更多的功能。

Callaway说:“现在我们对这些神经元有了这样的了解，这就引出了关于神经元在做什么的新假设和新想法。”“我们可以用这些细胞类型建立新的实验，看看它如何改变老鼠的行为。”

了解细胞类型在不同环境下的联系和功能，最终可以帮助解释自闭症和精神分裂症等各种情况下的问题所在。

Callaway补充说:“我们研究的大脑部分是视觉皮层，但是我们所观察的细胞类型也存在于大脑皮层的其他部分，比如涉及运动或认知功能的区域。”

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