华人学者Cell首次揭示艺术行为的神经机制

【字体: 时间:2020年10月16日 来源:生物通

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  为了探索电路的精确度,金博士等人开发了一系列描述神经元电路的大规模计算模型。在某种情况下,一组神经元在同一时间触发,从而触发了下一个神经元在同一时间触发,从而再触发了下一组神经元,就像下降的多米诺骨牌一样,这被研究人员称为synfire链。

  

宾州州立大学公园分校-一项新研究表明,鸟类歌唱复杂歌曲,其准确的时机把握是由连接鸟类大脑的神经元所调控,这是被经常忽略的重要机制。

人类在许多复杂的,习得的行为,比如打高尔夫球或拉小提琴,都需要在神经发射水平上精确地计时,但是大脑如何以这种精确的方式无缝地调节我们的肌肉尚不清楚。这项最新研究对这其中一个重要的“生物钟”进行了解构,这个生物钟可以调节鸟鸣和其他行为,有助于科学家了解神经网络功能。

这一研究发现公布在10月15日《Cell》杂志上。

文章作者,宾州州立大学金德哲(DezheJin)副教授说:“在这项研究中,我们基于多年的实验观察结果创建了一个模型,该模型表明神经元回路内的延迟在其放电时机中起关键作用。之后,我们确定了连接神经元的轴突的延迟来源。”

这项研究利用的是斑胸草雀(zebra finch),这是一种澳大利亚小鸟​​,能够以熟练的乐器大师的技能学习求爱歌曲。为了实现这种声音,斑胸草雀的大脑中有一个专用的“生物钟”(称为HVC)来调节歌曲的时间。在HVC中,成群的神经元以与歌曲的演奏相对应的可预测序列触发。

纽约大学医学院的博士后研究员Robert Egger说:“ HVC通常被认为是时钟,因为它控制着非常复杂的运动,我们使用最先进的方法来测量歌唱过程中HVC内多达70个神经元的同时活动。过去,我们必须逐个测量每个神经元,并使它们的活动与歌曲保持一致。”

为了探索电路的精确度,金博士等人开发了一系列描述神经元电路的大规模计算模型。在某种情况下,一组神经元在同一时间触发,从而触发了下一个神经元在同一时间触发,从而再触发了下一组神经元,就像下降的多米诺骨牌一样,这被研究人员称为synfire链。

研究小组发现电路中的延迟分布很广,这意味着某些信号会很快到达其他神经元,而有些信号则需要更长的时间。

金博士说:“我们知道神经元回路的延迟在很长的距离内很重要,但是在局部回路中,它们被认为可以忽略不计,因此常常被忽略。” “这些结果表明,轴突在神经元回路的时序中起着至关重要的作用,应纳入未来的模型中。”

为了确定轴突延迟是否可能在其他大脑网络中起作用,研究人员分析了在啮齿动物移动胡须时,用来感知环境的大脑区域的延迟。

他说:“我们的结果与我们在斑胸草雀中看到的延迟相一致,这表明轴突延迟可能在影响一系列复杂行为的神经元活动中起着重要作用。”

(生物通)

原文标题:

Local Axonal Conduction Shapes the Spatiotemporal Properties of Neural Sequences


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