布朗神经科学家发现神经元类型充当大脑的节拍器

普罗维登斯，罗德岛[布朗大学] - 通过测量大脑触摸区域中单个神经元的快速电子尖峰，布朗大学神经科学家发现了一种新型细胞，它可以定期保持时间，使其成为大脑的长期 - 假设时钟或节拍器。

布朗神经科学教授，卡尼脑科学研究所副主任克里斯摩尔说，这种类型的神经元有节奏，并且以同步方式独立于外部感觉。通过“设定节拍”，神经元似乎可以提高啮齿动物检测其轻微敲击时的能力。

自20世纪30年代中期以来人类和啮齿动物研究了大约每周40次循环的脑波 - 也称为伽马节律 - 摩尔实验室的早期工作表明，提高啮齿动物的自然伽马节律有助于啮齿动物检测到较暗胡须的感觉。

“伽玛节奏一直是争论的焦点，”摩尔说。“一些备受尊重的神经科学家认为伽马节律是神奇的，统一的时钟，可以将信号对准大脑区域。还有其他同样受人尊敬的神经科学家，五彩缤纷地将伽马节奏视为计算的废气：它们会在发动机运转时出现但是他们绝对不重要。“

Moore补充说，之前已经假设了伽玛节律的节拍器功能，但由于伽玛节律响应于感觉而发生变化，因此已被大量注销。这些新发现的尖峰“节拍器”神经元 - 每秒刺激大约40个周期 - 不会。

该研究结果于7月18日星期四在Neuron杂志上发表。

摩尔和布朗神经科学博士生Hyeyoung Shin并未着手寻找节拍器神经元，研究人员将其称为伽马常规非感觉快速尖峰中间神经元。相反，他们最初想要研究感觉驱动的伽玛节奏。

Shin使用非常精确的机器轻微移动胡须，只是在啮齿动物检测运动的能力的边缘，同时记录大脑的胡须感觉部分的神经元活动。当啮齿动物能够检测到它的微弱敲击时，她想要看到大脑中的不同之处。

“我们对抑制性中间神经元的亚型特别感兴趣;这些细胞局部通讯，其主要功能是抑制其他细胞的尖峰，”Shin说。“我们发现这些快速刺激的中间神经元中约有三分之一经常”滴答滴答“。而且更频繁地滴答声意味着啮齿动物能够更好地感知微妙的感觉。

使她的研究与众不同的是，她研究了单个神经元的行为而不是平均神经元活动。通过观察个体神经元，她发现了三种不同的类型。

这些神经元中的一些刺激不依赖于胡须感觉，因此通常会被科学家忽略 - 这一组包括定期刺激节拍器神经元的亚组。另外两种亚型随机飙升 - 一些没有随着胡须感觉而改变，而其他一些则没有。此外，Shin发现大脑触摸区域的节拍器神经元彼此同步。

“有一个有趣的事情，神经科学家将进入大脑，一旦他们发现一个响应外部世界的细胞，他们就会研究它，”摩尔说。“如果它没有对外界做出反应，他们就不知道该怎么做而忽略它。大脑中有一个电极，你听到了这个，你就听到了 - 这很容易过度解释或完全错过重要的事情，因为你还没有准备好看到它们。“

然而，Shin已经准备好看到这些经常飙升的节拍器神经元，Moore说。在进行研究之前，Shin对现有文献进行了深入的回顾，并使用计算机建模来试图理解快速尖峰神经元的逻辑，使其成为有利于准备好的思维的机会的一个很好的例子。

摩尔说，人类大脑也有伽马节律。作为下一步，他和Shin想要确定这些节拍器神经元是否存在于灵长类动物和人类中。他们还希望了解节拍器神经元是否存在于其他大脑区域，以及确定是否使用基因工程特别增强节拍器神经元的同步性，并且光影响啮齿动物检测微弱感觉的能力。

尽管新发现了节拍器神经元，但更广泛的群体中的破坏 - 快速刺激的中间神经元 - 已经涉及许多神经疾病，包括自闭症，精神分裂症和注意力缺陷多动障碍。这些情况中的一些可能是由节拍器神经元亚型的干扰引起的，但是需要更多的研究来理解该亚型通常如何起作用，更不用说活动的任何变化。

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