皮质体感第5层（SST）中间神经元的抑制性回路模式在各层内部是一致的，但在不同层之间具有特异性

《Journal of Physiology》：Inhibitory circuit motifs of cortical somatosensory layer 5 SST interneurons are uniform within layers but specific across layers

层5的SST中间神经元（IN）受PV和VIP IN的抑制性输入调控，其突触传递特性因神经元类型和连接方式（层内或跨层）而异。PV到SST连接表现为所有频率下递减特性，而VIP到SST连接仅在40Hz时显示递增效应。跨层连接（L2/3 VIP→L5 SST）与层内VIP连接具有相似功能特性，但PV IN跨层连接罕见。该研究揭示了皮质层内及跨层抑制性电路的异质性，为皮层信息处理机制提供了新证据。

　　本研究围绕着大脑皮层柱中第五层（L5）的抑制性神经元，特别是表达生长抑素（SST）的中间神经元（IN）的抑制控制机制展开。通过使用急性脑片中的配对全细胞膜片钳记录技术，研究人员揭示了L5 SST IN是如何被同层和跨层的表达视网膜蛋白（PV）和血管活性肠肽（VIP）神经元所抑制的，并进一步分析了这些抑制性连接在不同刺激频率下的短期突触可塑性。这些发现有助于更深入地理解大脑皮层中抑制与去抑制的处理机制，尤其是在触觉信息处理中的作用。

在L5中，SST IN被广泛地受到其他GABA能神经元的抑制，尤其是PV和VIP神经元。研究发现，在三重转基因小鼠模型中，PV和VIP神经元能够有效地连接到L5 SST IN。值得注意的是，PV对SST的连接在所有测试频率下都表现出抑制性，而VIP对SST的连接在高频刺激时则表现出增强性。此外，来自L2/3的VIP神经元对L5 SST IN的跨层连接显示了与同层连接相似的连接率和短期可塑性，而L2/3的PV神经元尽管有大量向下延伸的轴突，但几乎无法形成有效的连接。这表明，L5 SST IN的连接模式在同层和跨层之间存在差异，尤其是在VIP神经元的跨层连接方面显示出独特的特征。

L5 SST IN在形态学和电生理特性上具有多样性，主要分为Martinotti细胞（MC）和非Martinotti细胞（nMC）。MC具有向L1延伸的轴突，而nMC则没有。这些差异可能影响了它们在不同层之间的连接特性。此外，L5 SST IN能够接收来自不同来源的输入，包括同层和跨层的神经元，这为理解其在神经网络中的作用提供了新的视角。研究人员还观察到这些连接在多个方向上具有双向性，说明L5 SST IN不仅受到抑制性输入的影响，还能主动与其他神经元建立连接。

在短期突触可塑性方面，PV到SST的连接在所有测试频率下都表现出突触抑制，而VIP到SST的连接在高频刺激时表现出突触增强。这种差异可能与不同类型的神经元在突触连接上的位置和特性有关。例如，PV神经元的突触可能主要作用于细胞体附近，而VIP神经元的突触则可能更多地分布在树突区域。这导致了它们在不同频率下的反应差异。研究人员还指出，这种突触可塑性可能对神经网络的动态调整具有重要意义，特别是在处理不同的感官信息时，VIP神经元可能在时间上更长地维持抑制效果，而PV神经元则在短时间窗口内提供快速抑制。

跨层连接的发现尤为重要，因为它们揭示了L2/3 VIP神经元能够有效地连接到L5 SST IN，而L2/3 PV神经元则几乎没有这种连接。这种差异可能反映了VIP神经元在跨层信息整合中的关键作用，而PV神经元则更专注于同层内的局部抑制。研究还提到，尽管L2/3 PV神经元有向下延伸的轴突，但在实际实验中，这些连接非常罕见，这可能与发育过程中的突触修剪有关。例如，在小鼠发育过程中，PV神经元的突触数量会显著减少，这可能解释了为何在成年动物中跨层连接非常有限。

此外，研究还讨论了PV和VIP神经元作为去抑制神经元在信息处理中的角色。PV神经元被认为是主要的去抑制机制，而VIP神经元则在跨层连接中表现出更复杂的信号整合能力。VIP神经元能够接收来自多个来源的输入，包括初级运动皮层（M1）和基底前脑的胆碱能输入，这使得它们能够协调多个神经元的活动，从而在触觉处理中发挥重要作用。这种协调可能通过伽马波段的活动来实现，从而增强神经网络对特定信息的处理能力。

研究还指出，双向连接的存在可能对神经网络的动态调整具有重要意义。例如，在某些情况下，SST IN可能通过抑制自己的抑制性神经元来调节信息的传递。这种机制可能在不同行为状态下（如主动触觉与自由摆动）对信息处理的效率产生影响。研究人员还提到，通过使用不同的转基因标记，可以更精确地识别和分类不同的神经元亚型，这有助于进一步研究它们在神经网络中的具体作用。

总体而言，这项研究不仅揭示了L5 SST IN在同层和跨层连接中的特性，还展示了PV和VIP神经元在去抑制机制中的不同作用。这些发现为理解大脑皮层中抑制与去抑制的动态平衡提供了新的视角，并可能对神经网络的信息处理机制产生深远影响。通过结合光遗传学、配对记录和形态学重建技术，研究人员能够更全面地分析这些连接的特性，并为未来的神经科学研究提供了重要的理论基础。