神经科学家提高小鼠的触觉敏感性

精确的蓝光脉冲使研究人员能够在小鼠的感觉新皮层中产生40赫兹的伽玛节律。大脑中具有这种节律的小鼠通常可以检测出研究人员提供给其晶须的微弱振动。图像：Mike Cohea /布朗大学

布朗大学的神经科学家表明，通过触发似乎会改变小鼠的感官注意力的脑节律，可以使昏厥感觉更加生动。这项最新发表的研究提供了第一个直接证据，证明大脑的“伽玛”节律在处理触摸感方面具有因果作用。

罗德岛州普罗维登斯市（布朗大学）—布朗大学的神经科学家通过在正确的时间敲击正确的大脑区域的正确节奏，在《自然神经科学》中报告说，他们设法赋予小鼠比其他小鼠更大的触觉敏感性，从而使它们难以适应-感觉到振动突然变得更加生动。

这些发现提供了第一个直接证据，表明皮层中的“伽马”脑电波会影响感知和注意力。以前仅以关联和关联为证据，神经科学家多年来一直在争论伽马是否具有重要作用，或者它仅仅是这种大脑活动的副产品（用一个人的话来说就是“排烟”）。

布朗大学和麻省理工学院的前研究生乔斯亚·西格勒（Joshua Siegle）说：“人们对伽玛节律在行为中的重要性感到非常兴奋，并且对此表示怀疑。”神经科学。“我们没有直接将伽玛节律的变化与行为的变化相关联，这是研究人员过去所做的，而是选择直接控制产生伽玛的细胞。”

结果是带有晶须的鼠标的敏感度提高了约20％。

副教授克里斯托弗·摩尔（Christopher Moore）表示：“该实验有很多方法都可能失败，但令我们惊讶的是，它与我们研究的第一个主题相比具有决定性意义-在某些条件下，我们可以制造出超感知力的鼠标。”布朗神经科学博士，该研究的资深作者。“我们正在使鼠标做得比鼠标本来可以做的好。”

特别是，摩尔和共同第一作者西格（Siegle）和多米尼克·普里切特（Dominique Pritchett）通过使用光遗传学（通过光控制神经元的发射方式的一种技术）来进行实验，该光遗传学通过操纵小鼠初级感觉新皮层中的抑制性中间神经元来产生伽玛节律。大脑的这一部分控制着鼠标通过其晶须检测微弱感觉的能力。

摩尔说，大脑的不同部分处理更强烈，更具冲击力的感觉。主要的感觉新皮层是哺乳动物的一个特殊特征，其区别在于允许动物有目的地注意更细微的感觉。这是在木板上轻轻刷一下手指以评估是否需要更多打磨的感觉与将木板掉在脚上的感觉之间的区别。

研究人员首先证实小鼠有时会在其感觉新皮层中自然产生40赫兹的伽马节律。然后，他们通过精确的蓝光脉冲以遗传方式生成了该伽马节律。具有这种节律的小鼠比没有大脑节律的小鼠更能检测到研究人员提供给胡须的微弱振动。

对对照和光遗传学刺激的小鼠都进行了调理，以表明它们通过舔水瓶来检测到所提供的刺激。提供给小鼠以感知的振动涵盖了17种不同级别的可检测性。

研究小组的假设是，受刺激的神经元的伽玛节律以结构化的周期性抑制新皮质中锥体神经元的感觉信息的传递，因此实际上将锥体信息定为更连贯且因此更强的训练。

Siegle表示：“这些同步的活动爆发可以有益于信号传输，这不足为奇，就像在人群中同步鼓掌比随机鼓掌响亮一样。”

这个想法表明节奏的时机很重要。

因此，在另一个实验中，Siegle，Pritchett和Moore以5毫秒的增量改变了伽玛节律的发作，以查看它是否对感知产生了影响。它做了。只有在出现微妙的感觉之前20至25毫秒内进行伽玛节律时，小鼠才显示出增加的敏感性。如果不是这样，老鼠平均不会对敏感性产生任何影响。

摩尔说，神经科学发现的关键含义之一是，伽玛节律似乎构成感知过程的方式比仅感觉神经皮层中神经元的放电速度更为重要。小鼠变得更好的感觉不是因为神经元变得更加活跃（它们没有），而是因为它们被精确定时的节奏所夹带。

摩尔承认，尽管这项研究为伽玛节律提供了重要的功能性因果证据，但仍存在一些悬而未决的重要问题。伽玛节律影响感觉处理和注意力的确切机制尚未得到证实，仅是假设的。

并且在一项实验中，即使通过光遗传学刺激的小鼠对更细微的刺激变得更加敏感，它们也似乎无法检测出最明显和最强烈的感觉。然而，在其他实验中，他们对主要感觉的检测并没有受到影响。

普里切特说，但是可能更容易感觉到的对刺激的敏感性的丧失可能与注意力转移到微弱的刺激上是一致的，普里切特说，他也是布朗和麻省理工学院的前学生，现在是葡萄牙里斯本尚帕里莫德未知中心的学生。

他说：“相反，我们所显示的是，有节奏的抑制性输入会放大阈值刺激，可能以显着刺激为代价。”“这恰恰是您对可能导致大脑选择性注意的机制所期望的。”

因此，西格尔（Siegle），普里切特（Pritchett）和摩尔（Moore）说，他们现在对大脑中发生的事情确实感觉更好。

国立卫生研究院资助了这项研究。

出版物：Joshua H Siegle等人，“快速爆发的中间神经元的伽马范围同步可以增强对触觉刺激的检测”，《自然神经科学》（2014年）； doi：10.1038 / nn.3797

图像：Mike Cohea /布朗大学