脑科学家识别在小鼠中控制触摸的神经元之间的“交叉谈话”

科学家报告称，他们发现了哺乳动物大脑两个不同区域的神经元之间之前被忽视的联系。他们说，这些神经元控制着触觉，他们在老鼠身上的实验为绘制与触觉有关的正常和异常感知和运动的大脑回路提供了见解。

实验结果总结在5月29日问题中细胞报告。

“神经科学家有很多了解组织的电路触碰。因为触觉在我们如何移动和理解世界上扮演着重要的角色，影响着我们对疼痛的感知，所以了解什么是很重要的神经元连接到其他神经元，并且在这些脉冲传输单元之间的信号发生脑，“Johns Hopkins大学医学院神经科学副教授Daniel O'Connor说。

他说，我们通常是被动地体验触摸，比如衣服在我们身上的感觉，或者我们坐在椅子上的感觉。但当我们主动触摸时，比如按下一个物体看它是否坚硬，或者来回移动我们的手看它是否光滑，我们将触觉与触觉结合起来移动。而这种加工 - 对我们的生活至关重要，甚至生存 - 偶尔会发生，有时在距离千分之一的千分之一秒时，奥尔诺尔说。

在人类中，O'Connor说，反应发生在大脑的一个地区，称为躯体感觉皮质沿着耳机坐在头部的头带的区域沿着该区域运行。这种大脑的条带是处理关于触摸的所有感官输入的地方。它分为两个主要区域：S1，沿头带区域沿着头带区域运行的主要躯体感应型皮质，次要躯体感应囊内皮层，其更靠近耳朵。

皮质的S1和S2区域进一步分为六层组织。使用老鼠，奥康纳和他的团队仔细观察了皮层第四层的神经元。长期以来，人们一直认为，皮层中的第四层神经元接收外界的感觉输入，然后将其传播给同一区域的其他神经元。神经元通过伸展手臂或“轴突”向其他神经元发送化学和电子信号。

对于研究的第一部分，O'Connor和他的团队在Johns Hopkins所罗门H. Snyder系神经科学部，脑科学研究所和Kavli神经科学发现研究所通过反复触摸他们的晶须来研究超过47只小鼠并通过他们闪耀光明颅骨。O'Connor表示，鼠标和人性大脑具有类似的特征，包括蜂窝结构。小鼠使用他们的晶须，就像人类使用他们的手指和手，这么多科学家将他们的实验重点集中在动物中的这些发型结构作为人类触摸传感器的替代品。

为了精确定位对触摸做出反应的神经元的位置，研究人员将光线照射到大脑上，并使用了大脑生理学的一个怪癖:大脑活动越多，吸收的光就越多。然后，在通过光照实验确定的大脑区域，科学家们注射了化学示踪剂，这些示踪剂沿着神经元传播，寻找它们的轴突在哪里延伸，并发出化学信号。

“为了我们的意外，我们发现在小鼠中，S2区域中的第4层神经元在其局部区域延伸到局部区域，一直到S1区域的神经元，”O'Connor说。

小鼠中皮质的S1和S2区域和人类坐在控制运动的大脑的旁边。“那不是巧合。我们认为这是通过设计，因为运动与感觉之间存在联系，”O'Connor说。

O'Connor及其团队扩展了他们的研究，以探索第4层神经元功能。在小鼠中，它们监测了数千个神经元 - 包括将其轴突发送到S1的第4层神经元，电极通过毫秒记录活性。科学家们在校准的计算机控制运动上摆动晶须。

科学家能够在每个晶须运动的前10毫秒中被激活的S1和S2皮质区域中识别层4个神经元。“因为他们做出如此迅速，所以它意味着一旦触摸体验发生，就会发生反馈回路，”O'Connor说。

使用复杂的显微镜，科学家们然后放大了从S2到S1区域扩展的轴突。它们上下和向后和向后移动小鼠的晶须，模拟了小鼠如何使用晶须来感知触感方向。大约10％的层4神经元被特定运动方向激活。

奥康纳和他的团队活动时在第四层神经元S2地区使用激活沉默分子,S1地区神经元反应少专门来回或上下的运动神经元whiskers-the不再“关心”的方向运动。

奥康纳说:“这告诉我们，S2层4和S1神经元之间的反馈回路改善了对触觉方向信息的编码。”

除了帮助科学家了解涉及的大脑电路，工作说，O'Connor表示，有一天可以告知理解和潜在地治疗一些涉及运动和触摸的大脑疾病，如中风和慢性疼痛。

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