了解大腦區(qū)域如何交流是神經(jīng)科學(xué)中最古老的問題之一。倫敦大學(xué)學(xué)院塞恩斯伯里威康中心的研究人員使用因果技術(shù)來揭示大腦中的兩個(gè)新皮質(zhì)區(qū)域如何相互交流，并發(fā)現(xiàn)它們對(duì)彼此的影響在比以前想象的更快的時(shí)間尺度上發(fā)生變化。
大腦中有大約 800 億個(gè)神經(jīng)元和 100 萬億個(gè)連接，神經(jīng)科學(xué)家很難解開導(dǎo)致行為的網(wǎng)絡(luò)。在今天發(fā)表在《神經(jīng)元》雜志上的一項(xiàng)新研究中，SWC 研究人員闡明了大腦皮層中的兩個(gè)視覺區(qū)域，初級(jí)視覺皮層(V1) 和外側(cè)內(nèi)側(cè)區(qū)域 (LM) 如何相互影響，以及這種交流如何在快速的時(shí)間跨度內(nèi)發(fā)生變化。
“我們想研究區(qū)域之間的交流，以了解不同的大腦區(qū)域如何協(xié)同工作來處理視覺刺激。從經(jīng)典研究中，我們知道存在具有前饋和反饋通路的視覺區(qū)域?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)。大腦中的第一層次層次結(jié)構(gòu)SWC 研究員、該論文的合著者 Mitra Javadzadeh 說，在靈長(zhǎng)類動(dòng)物中，皮質(zhì)是 V1，第二級(jí)是 V2，相當(dāng)于 LM。
“我們對(duì) V1 和 LM 之間的解剖學(xué)聯(lián)系的預(yù)期是，一個(gè)區(qū)域的神經(jīng)元活動(dòng)對(duì)另一個(gè)區(qū)域的影響將是相對(duì)恒定的;然而，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)它是動(dòng)態(tài)的，并且會(huì)隨著時(shí)間而變化。這些變化可能發(fā)生得非常迅速，在幾十毫秒內(nèi)，”SWC 小組負(fù)責(zé)人、該論文的合著者 Sonja Hofer 說。
從歷史上看，科學(xué)家們從不同的大腦區(qū)域進(jìn)行記錄，并使用統(tǒng)計(jì)相關(guān)性來推斷一個(gè)區(qū)域如何影響另一個(gè)區(qū)域。在這項(xiàng)研究中，Javadzadeh 和 Hofer 采用了因果方法，通過使用神經(jīng)元擾動(dòng)來研究區(qū)域間相互作用隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)。
神經(jīng)科學(xué)家從小鼠 V1 和 LM 的神經(jīng)元群中記錄下來，并使用光遺傳學(xué)使一個(gè)區(qū)域的活動(dòng)短暫沉默，并量化另一個(gè)區(qū)域的活動(dòng)如何增加或減少。這向他們展示了第一個(gè)區(qū)域在塑造第二個(gè)區(qū)域的發(fā)射率方面的貢獻(xiàn)。
Javadzadeh 和 Hofer 在這些大腦區(qū)域處理視覺信息時(shí)隨時(shí)間測(cè)量了這些貢獻(xiàn)。令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)操縱一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的活動(dòng)的影響會(huì)隨著時(shí)間的推移在快速的時(shí)間尺度上發(fā)生變化。例如，V1 區(qū)域的神經(jīng)元可以在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)響應(yīng)區(qū)域 LM 降低其活動(dòng)，但在 100 毫秒后不受 LM 活動(dòng)的影響。此外，如果視覺刺激與動(dòng)物的行為相關(guān)，例如，如果它預(yù)測(cè)獎(jiǎng)勵(lì)的發(fā)生，那么這些影響的變化發(fā)生得更快。
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