神經科學家提高小鼠的觸覺敏感性

時間：2021-10-05 10:58:03來源：

精確的藍光脈沖使研究人員能夠在小鼠的感覺新皮層中產生40赫茲的伽瑪節律。大腦中具有這種節律的小鼠通常可以檢測出研究人員提供給其晶須的微弱振動。圖像：Mike Cohea /布朗大學

布朗大學的神經科學家表明，通過觸發似乎會改變小鼠的感官注意力的腦節律，可以使昏厥感覺更加生動。這項最新發表的研究提供了第一個直接證據，證明大腦的“伽瑪”節律在處理觸摸感方面具有因果作用。

羅德島州普羅維登斯市（布朗大學）—布朗大學的神經科學家通過在正確的時間敲擊正確的大腦區域的正確節奏，在《自然神經科學》中報告說，他們設法賦予小鼠比其他小鼠更大的觸覺敏感性，從而使它們難以適應-感覺到振動突然變得更加生動。

這些發現提供了第一個直接證據，表明皮層中的“伽馬”腦電波會影響感知和注意力。以前僅以關聯和關聯為證據，神經科學家多年來一直在爭論伽馬是否具有重要作用，或者它僅僅是這種大腦活動的副產品（用一個人的話來說就是“排煙”）。

布朗大學和麻省理工學院的前研究生喬斯亞·西格勒（Joshua Siegle）說：“人們對伽瑪節律在行為中的重要性感到非常興奮，并且對此表示懷疑。”神經科學。“我們沒有直接將伽瑪節律的變化與行為的變化相關聯，這是研究人員過去所做的，而是選擇直接控制產生伽瑪的細胞。”

結果是帶有晶須的鼠標的敏感度提高了約20％。

副教授克里斯托弗·摩爾（Christopher Moore）表示：“該實驗有很多方法都可能失敗，但令我們驚訝的是，它與我們研究的第一個主題相比具有決定性意義-在某些條件下，我們可以制造出超感知力的鼠標。”布朗神經科學博士，該研究的資深作者。“我們正在使鼠標做得比鼠標本來可以做的好。”

特別是，摩爾和共同第一作者西格（Siegle）和多米尼克·普里切特（Dominique Pritchett）通過使用光遺傳學（通過光控制神經元的發射方式的一種技術）來進行實驗，該光遺傳學通過操縱小鼠初級感覺新皮層中的抑制性中間神經元來產生伽瑪節律。大腦的這一部分控制著鼠標通過其晶須檢測微弱感覺的能力。

摩爾說，大腦的不同部分處理更強烈，更具沖擊力的感覺。主要的感覺新皮層是哺乳動物的一個特殊特征，其區別在于允許動物有目的地注意更細微的感覺。這是在木板上輕輕刷一下手指以評估是否需要更多打磨的感覺與將木板掉在腳上的感覺之間的區別。

研究人員首先證實小鼠有時會在其感覺新皮層中自然產生40赫茲的伽馬節律。然后，他們通過精確的藍光脈沖以遺傳方式生成了該伽馬節律。具有這種節律的小鼠比沒有大腦節律的小鼠更能檢測到研究人員提供給胡須的微弱振動。

對對照和光遺傳學刺激的小鼠都進行了調理，以表明它們通過舔水瓶來檢測到所提供的刺激。提供給小鼠以感知的振動涵蓋了17種不同級別的可檢測性。

研究小組的假設是，受刺激的神經元的伽瑪節律以結構化的周期性抑制新皮質中錐體神經元的感覺信息的傳遞，因此實際上將錐體信息定為更連貫且因此更強的訓練。

Siegle表示：“這些同步的活動爆發可以有益于信號傳輸，這不足為奇，就像在人群中同步鼓掌比隨機鼓掌響亮一樣。”

這個想法表明節奏的時機很重要。

因此，在另一個實驗中，Siegle，Pritchett和Moore以5毫秒的增量改變了伽瑪節律的發作，以查看它是否對感知產生了影響。它做了。只有在出現微妙的感覺之前20至25毫秒內進行伽瑪節律時，小鼠才顯示出增加的敏感性。如果不是這樣，老鼠平均不會對敏感性產生任何影響。

摩爾說，神經科學發現的關鍵含義之一是，伽瑪節律似乎構成感知過程的方式比僅感覺神經皮層中神經元的放電速度更為重要。小鼠變得更好的感覺不是因為神經元變得更加活躍（它們沒有），而是因為它們被精確定時的節奏所夾帶。

摩爾承認，盡管這項研究為伽瑪節律提供了重要的功能性因果證據，但仍存在一些懸而未決的重要問題。伽瑪節律影響感覺處理和注意力的確切機制尚未得到證實，僅是假設的。

并且在一項實驗中，即使通過光遺傳學刺激的小鼠對更細微的刺激變得更加敏感，它們也似乎無法檢測出最明顯和最強烈的感覺。然而，在其他實驗中，他們對主要感覺的檢測并沒有受到影響。

普里切特說，但是可能更容易感覺到的對刺激的敏感性的喪失可能與注意力轉移到微弱的刺激上是一致的，普里切特說，他也是布朗和麻省理工學院的前學生，現在是葡萄牙里斯本尚帕里莫德未知中心的學生。

他說：“相反，我們所顯示的是，有節奏的抑制性輸入會放大閾值刺激，可能以顯著刺激為代價。”“這恰恰是您對可能導致大腦選擇性注意的機制所期望的。”