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在听觉系统注意力调控研究中，为探究基底前脑（BF）的 GABA 能投射作用，研究人员以大鼠为对象开展实验。结果发现 BF 的 GABA 能调制影响目标检测，且具频率特异性。这揭示了 BF GABA 能神经元在听觉通路注意力调制中的重要作用。
在大脑的奇妙世界里，听觉系统如何精准筛选信息、集中注意力处理关键声音，一直是神经科学领域备受关注的谜题。基底前脑（BF）作为大脑中调节学习和注意力的重要区域，其胆碱能投射对皮层活动的影响已被广泛研究，比如投射到初级视觉皮层（V1）可增强皮层感觉神经元的对比敏感度，投射到初级听觉皮层（A1）能调节信息编码的可靠性 。然而，BF 中除了胆碱能神经元，还有谷氨酸能和 GABA 能神经元，其中 GABA 能神经元虽占 BF 投射的大部分，但此前却较少受到关注。同时，虽然已知 BF 对感觉信号的调节具有模态特异性，可对于每种模态内刺激属性是否存在更细致的系统表征，仍是未知数。为了解开这些谜团，来自瑞士弗里堡大学（University of Fribourg）的研究人员展开了深入研究。相关研究成果发表在《Communications Biology》杂志上。
研究人员主要运用了光遗传学、电生理学以及行为学实验等技术方法。在光遗传学方面，通过向大鼠双侧注射合适的病毒载体（如 PV-ChR2、PV-Arch、mDlxChR2），实现对局部 BF GABA 能神经元的选择性操控；电生理学实验则利用钨微电极记录不同脑区（如基底前脑、丘脑听觉内侧膝状体、听觉皮层）的局部场电位（LFP）和动作电位活动；行为学实验采用听觉检测任务，训练大鼠在宽带噪声中检测窄带目标声音，以此评估听觉敏感度和行为表现。
研究结果主要包括以下几个方面：
- 神经元特征及频率调谐：研究人员首先对感兴趣脑区进行组织学和电生理学研究。通过 Nissl 染色和视蛋白表达验证，确认了病毒载体在 pNB/GP 的靶向性。实验发现，激活 PV 神经元在 pNB/GP 内不仅会产生兴奋性反应，还会引发抑制性反应。同时，许多 pNB/GP 神经元具有频率调谐特性，其偏好频率与前后和背腹记录位置显著相关，呈现出 tonotopy（频率拓扑）组织，且 PV 神经元也属于 pNB/GP 中频率选择性神经群体。
- 对听觉通路神经元活动的影响：光遗传学激活 pNB/GP PV GABA 能神经元后，在 pNB/GP 内观察到神经活动普遍增强。在听觉皮层（AC）和丘脑听觉内侧膝状体（MGB）中，发现 ChR2 PV pNB 刺激可增强 AC 中偏好频率和相邻 ±3kHz 频率的放电率，在 MGB 中仅偏好频率的增强显著。此外，在有宽带掩蔽噪声的情况下，BF PV-ChR2 激活能调制 MGB 中频率调谐神经元的活动，不同神经元的活动调制方式多样，包括在偏好频率和相邻频率的增强、非偏好频率的抑制以及更复杂的增强和抑制组合等。
- 对行为学表现的影响：在行为学实验中，研究人员训练大鼠执行听觉检测任务。结果发现，Arch 沉默 BF PV 神经元会降低大鼠在低至中等声压水平下对 7 - 10kHz 目标声音的检测命中率，影响行为表现和 d’敏感性，但对 4 - 7kHz 目标声音的检测无显著影响，这表明 BF PV 神经元对听觉感知的影响具有频率特异性。而 ChR2 激活 BF PV 神经元以及更普遍地激活 BF GABA 能神经元（使用 mDlx-ChR2），均对听觉目标检测无明显影响。
研究结论和讨论部分指出，Arch 沉默 BF PV 神经元会损害在背景掩蔽噪声中对听觉目标声音的检测，这可能是因为 BF PV 神经元靶向皮层中间神经元，其抑制会导致皮层中间神经元去抑制，进而影响目标细胞的活动。该效应与直接光遗传学操控 A1 中间神经元的效果不同，更类似于一种注意力功能，暗示 BF PV 投射可能靶向支持注意力过滤的特定皮层中间神经元子集。ChR2 激活 pNB PV 神经元对听觉目标检测无影响，可能是因为 BF PV 神经元在清醒状态下已趋于激活。此外，研究还首次证实了 pNB/GP PV 神经元调节对听觉处理的频率特异性影响，这体现在多个方面，如 BF PV 神经元的频率调谐、pNB/GP 的 tonotopy 组织、光遗传学激活对特定频率带神经元反应的增强以及行为学上对特定频率带目标检测的影响等。这些发现表明，BF 可能是调节听觉注意力的重要组成部分，其 GABA 能投射与胆碱能投射可能协同作用，在特定频率带优先处理行为相关的听觉信息。但目前仍不清楚这些 BF 调节影响如何在不同细胞类型和 BF 核之间协调，未来还需进一步研究揭示其中的奥秘。这项研究为深入理解大脑听觉注意力调控机制提供了重要依据，为相关神经系统疾病的研究和治疗开辟了新的方向。
