编辑推荐：
在小鼠初级躯体感觉皮层（S1）发育研究中，早期同步神经元活动（SNA）的驱动机制及 L2/3 层 SNA 的产生机制不明。研究人员通过多种实验，发现 S1 中 SNA 以桶状柱形式跨层组织，L5 对 L2/3 的输入在早期至关重要。该研究揭示了发育策略，助力理解神经发育障碍。
在神经系统发育的奇妙世界里，大脑如何构建精确的神经网络一直是科学家们热衷探索的谜题。小鼠初级躯体感觉皮层（S1）在出生后的早期阶段，神经网络被内在产生的同步神经元活动（SNA）主导，这为研究早期经历与内在程序如何塑造外部刺激的地形表征提供了绝佳模型。然而，目前仍存在诸多未解之谜。例如，虽然 SNA 是早期皮质网络的标志且对细胞和电路成熟至关重要，但 L2/3 层 SNA 的驱动因素尚不明确，早期 SNA 在体内如何受突触重塑影响也不清楚，并且早期 SNA 在 L2/3 层是独立协调还是与功能性桶状柱协同组织也有待解答。为了揭开这些谜团，来自耶鲁大学医学院（Yale School of Medicine）和威尔康奈尔医学院（Weill Cornell Medicine）等机构的研究人员开展了深入研究。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是体内双光子成像技术，结合新型微棱镜植入，能够直接可视化跨皮层层的 SNA 空间组织。其次，单突触狂犬病示踪技术用于识别 L2/3 锥体神经元的皮层突触输入及其在发育过程中的演变。此外，切片电生理学实验则用于评估跨桶状柱和不同发育阶段的跨层突触强度。
研究结果如下：
- 早期 SNA 在桶状柱中空间组织：研究人员通过优化微棱镜植入和体内双光子成像技术，发现出生后第一周（1st PNW）结束时，S1 中的 SNA 以垂直柱状形式跨皮层层同步，且这些 SNA 柱与由丘脑皮质传入纤维聚集定义的桶状柱一致。这一发现表明早期 SNA 与功能性桶状柱密切相关。
- L2/3 层的跨层输入分布受发育调控：利用单突触狂犬病示踪技术，研究人员发现 1st PNW 时，L2/3 锥体神经元接收的输入主要来自 L5，随着发育进程，L4-L2/3 的输入逐渐增多并在第 3 周（3rd PNW）成为主要输入。这揭示了 L2/3 层输入来源在发育过程中的动态变化。
- L5 在 L4-L2/3 连接成熟前提供强突触输入：切片电生理学实验表明，在 1st PNW，L2/3 锥体神经元从 L5 接收的兴奋性突触后电流（EPSCs）显著大于 L4；而在 2nd 和 3rd PNW，L4 的 EPSC 幅度明显增加并超过 L5。这表明 L5 在早期为 L2/3 提供重要输入，随着发育 L4 的作用逐渐增强。
- 急性抑制 L5-L2/3 输入对 SNA 的影响：运用化学遗传学方法，研究人员发现急性抑制 L5-L2/3 输入在 1st PNW 会降低 L2/3 的 SNA 频率和幅度，而在 2nd PNW 则无此效果，甚至会增加 SNA 幅度。这说明 L5-L2/3 输入对 L2/3 SNA 的影响在不同发育阶段有所不同。
- L5 驱动的 L2/3 SNA 对感觉处理和突触连接成熟的作用：通过在 L5 神经元中表达破伤风毒素轻链（TeLC）减少 L5-L2/3 输入，研究发现这会破坏触须诱发的感觉反应和 L4-L2/3 突触连接的成熟。这强调了 L5 驱动的 L2/3 SNA 在感觉处理和突触连接成熟中的关键作用。
研究结论表明，早期 SNA 在发育中的 S1 中以桶状柱形式组织，跨层激活主要由 L5 锥体神经元驱动。这种短暂的 L5-L2/3 连接在协调柱状组织中起重要作用。该研究不仅为理解大脑发育过程中神经网络的构建提供了新视角，也为研究神经发育障碍的发病机制提供了理论基础，暗示了单一细胞类型或连接的改变可能对发育中的大脑后续电路组装产生长期影响 。
