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“时钟状”神经元终于被发现?

了解伽马振荡如何与一类新的快速发放中间神经元相关联,这可能会重塑伽马时钟假说。

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图片来源:iStockphoto

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大脑充满了伽马振荡——神经元活动以比其他主要脑波更高的频率(约 40-60 Hz)进行周期性活动。

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一个长期存在的假说认为,伽马振荡充当一种“时钟信号”,能够协调和整合信号。伽马振荡甚至被提出作为大脑将不同脑区的信息“绑定”成统一意识的机制。

然而,尽管伽马-时钟假说引人入胜,但对其的直接证据一直难以捉摸。许多研究人员现在认为,伽马振荡仅仅是神经元活动的非特异性标记

现在,在《Neuron》杂志上发表的一篇新论文中,研究人员 Hyeyoung Shin 和 Christopher I. Moore 宣布发现了一类新的神经元,它们似乎具有时钟般的特性,并以伽马频率规则放电。这可能有助于将伽马作为时钟的理论重新推到前台。

Shin 和 Moore 使用来自小鼠皮层的单细胞四电极记录,发现了一部分快速发放的中间神经元,它们在伽马频率范围内显示出高度规律的放电。

更重要的是,这些高度规律的中间神经元对感觉刺激(如触碰胡须)没有表现出任何反应。这支持了它们可能具有时钟般作用的观点,因为时钟的目的是提供一个与正在发生的其他事件无关的稳定信号。

因此,Shin 和 Moore 为他们的发现取了一个朗朗上口的名字:伽马规律性非感觉性快速发放(grnsFS)细胞。

小鼠桶皮层中单个快速发放中间神经元的放电率(神经元发放间隔,ISI)的直方图。在绿色部分,可以看到“伽马规律性”神经元亚群每 20-30 毫秒发放一次,即 33-50 Hz。(图片来源:Shin & Moore 2019 Neuron)

Shin & Moore 2019 Neuron

但是,如果 grnsFS 神经元无论是否有感觉输入都在放电,为什么许多先前的研究表明伽马振幅和频率确实随刺激而变化?伽马振荡对感觉的强烈影响实际上是反对伽马作为时钟的证据之一。

Shin 和 Moore 通过表明 grnsFS 细胞放电与局部场电位(LFP)不相关来解决这个难题,LFP 是衡量许多神经元放电的指标,而不是单个细胞。

如果 grnsFS 的伽马放电没有反映在 LFP 中,这表明先前使用 LFP 的研究可能完全忽略了 grnsFS 的作用。如果这对 LFP 属实,我怀疑这也适用于 EEG 和 MEG 记录,因为它们在人类中最常用。

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在我看来,这是一项令人信服的研究,它应该能重新激发人们对伽马振荡的兴趣,近年来,伽马振荡已被视为神经活动的标记,而不是其本身有趣的现象。

然而,Shin 和 Moore 并未直接证明 grnsFS 细胞在感知或协调行为中很重要。

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作者展示了 grnsFS 放电与小鼠行为(即小鼠是否注意到胡须刺激)之间的相关性,但未来的关键实验将是某种程度上抑制 grnsFS 细胞,并证明这会破坏感知。在完成这一实验之前,grnsFS 细胞本身仍有可能仅仅是其他地方神经活动的某种标记。

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