PV阳性中间神经元在听觉皮层音调拓扑结构中的关键作用及其机制研究

本研究通过创新性双通道宽场钙成像系统2-CAFE结合双光子成像技术，揭示了GABA能中间神经元（特别是PV亚型）在维持听觉皮层音调拓扑结构中的核心作用。研究人员发现PV神经元（而非SST或VIP神经元）的失活会显著削弱听觉皮层的tonotopy强度，为理解神经环路编码机制提供了新视角。

　　

听觉系统如何将声音频率信息转化为空间化的神经表征，一直是神经科学领域的核心问题。音调拓扑结构（Tonotopy）作为从耳蜗到皮层的保守特征，其形成机制长期被认为主要依赖兴奋性神经元。然而，抑制性中间神经元在这一精密空间编码中的作用始终存在争议，特别是不同亚型中间神经元（如PV、SST、VIP）是否具有功能特异性尚不明确。

为解决这一科学问题，研究人员开发了创新的2-CAFE（2-Channel Alternating exposure wide-Field Explorer）双通道宽场钙成像系统，在清醒小鼠中实现了对特定神经元群体响应特性的同步监测。结合双光子成像技术，团队首次在介观和单细胞尺度证实：GABA能中间神经元与经典听觉图谱具有相似的tonotopic组织模式。通过精准操控不同亚型中间神经元的活动，研究发现PV（parvalbumin）阳性中间神经元的失活会显著削弱皮层tonotopy强度，而SST（somatostatin）或VIP（vasoactive intestinal peptide）神经元则无此效应。

关键技术包括：1）新型2-CAFE系统实现双通道Ca²⁺信号同步采集；2）双光子成像进行单细胞分辨率验证；3）特异性化学遗传学方法操控不同中间神经元亚型活动。

研究结果部分：

1. GABAergic interneurons exhibit tonotopic organization
   通过宽场成像发现抑制性神经元存在与兴奋性神经元相似的频率拓扑表征。

2. PV interneurons are crucial for tonotopic maintenance
   选择性抑制PV神经元导致tonotopy强度下降37%，而SST/VIP干预组无统计学差异。

3. Cell-type-specific functional topography
   单细胞分析显示PV神经元具有最陡峭的频率调谐曲线，其空间分布梯度与整体tonotopy高度相关。

结论部分强调：PV中间神经元通过快速抑制性微环路维持皮层频率表征的精确空间组织，这一发现不仅完善了听觉信息处理的层级模型，还为理解神经精神疾病（如自闭症谱系障碍）中听觉处理异常的机制提供了新思路。研究发表于《Science Bulletin》，为神经环路特异性研究建立了方法学范式。