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特殊输入途径可能是编码小脑感觉信息的关键

2019-03-29 09:09:47 • 来源：

随着我们日常生活的进行，我们不断受到源源不断的感官信息的轰炸。举一个典型的早晨例行程序 - 通过刺耳的警报从睡眠中唤醒，刚煮好的咖啡的强烈香气，以及高峰时段的刹车灯和交通喇叭。在一天的过程中，我们会在所有感官中体验到数千种不同的线索。

特殊输入途径可能是编码小脑感觉信息的关键

尽管我们遇到了许多混乱的线索，但我们的大脑在组装和处理它们方面做得非常出色;让我们了解周围的世界。这种处理可以以非常明显的方式形成，例如我们的视觉和听觉，但也会更加巧妙和出乎意料地发生。例如，在学习新动作时，我们的大脑会不断跟踪我们周围的感官线索。这个感官快照有助于指导和指导运动学习，这样当我们再次遇到相同的情境时，我们更有可能以更好的方式进行运动。

虽然有丰富的知识支持感觉线索有益于运动学习的观点，但近年来一直在争论将这两者结合在一起的精确的大脑电路和机制。有关这个主题的脱落另眼相看，在最近发表的论文神经元从杰森博士克里斯蒂，研究小组负责人马普佛罗里达州神经科学研究所(MPFI)的实验室已经发现，一种特殊的输入通道进入小脑似乎举行编码感官信息的关键。

小脑是大脑中独特的结构，在运动协调和学习方面起着至关重要的作用，可以改善运动。通过接收来自大脑各个区域的许多输入，小脑通过称为浦肯野细胞的单一神经元类型整合并发送精细信息。浦肯野细胞的一个重要输入是远程投射，称为攀爬纤维。

“攀爬纤维是众所周知的，并在该领域进行了广泛的研究。”描述了科视实验室的研究员，该出版物的第一作者Michael Gaffield博士。“这些纤维与小脑形成远距离连接，被认为可提供有指导性的运动信号并传递感觉信息。但在过去几年中，有人认为小脑内的局部回路，如平行纤维或分子层中间神经元，可能也参与感官信息的编码。“

为了研究，该团队使用双光子钙成像监测小鼠小脑内Purkinje细胞的活动，同时呈现各种感觉刺激(听觉，视觉和体感)。然后，他们分离并评估了浦肯野细胞活动的变化，这些变化直接对应于每个刺激和攀爬纤维输入的时间。

接下来，MPFI科学家研究了除攀爬纤维之外的其他细胞类型是否直接促进了浦肯野细胞中的感觉增强活动。使用光遗传学(使用光抑制神经活动)和化学抑制(使用药物抑制神经活动)技术，该团队能够抑制局部小脑电路中的单个细胞类型。尽管改变了局部活性，但浦肯野细胞的感觉增强活性没有发生变化。然而，通过直接抑制攀爬纤维活动，废除了增强;表明攀爬纤维单独负责将感觉信息传递给小脑。“在每个Purkinje细胞内，我们看到每当感觉刺激出现时活动都会持续增强。但是所有三种感觉类型的增强效果并不完全相同，它根据所呈现的刺激类型而变化”Gaffield解释说。

科视实验室进一步深入研究，开创了一种新技术，使他们能够监测攀爬纤维轴突投影本身的活动。他们发现，当呈现感觉刺激时，在浦肯野细胞中准确地表现出攀爬纤维的突触前活动的分级变化;攀爬纤维中更强的活动恰好反映了他们所连接的浦肯野细胞中更强的活动。

克里斯蒂博士指出，“我们的研究结果实际上有点意外”。“传统上认为到达小脑的感觉信号是由浦肯野细胞利用局部连接整合和加工的。我们的研究结果表明，浦肯野细胞只是反映了攀爬的作用。这意味着大脑的一个更远端区域在做感知信息的实际处理，并简单地将其传递给小脑。“

“由于浦肯野细胞活动对于运动学习至关重要，我们现在正在研究在更复杂的运动行为期间感觉衍生活动”，克里斯蒂博士描述道。“希望我们能够发现攀爬纤维传递感官信息的独特能力以及学习如何从这种编码方案中获益的神经机制。”

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