科学家发现视觉皮层回路兴奋—抑制节律性振荡

2019-12-13 佚名 中国科学报

中科院上海有机所生物与化学交叉研究中心研究员何凯雯课题组联合美国约翰斯 · 霍普金斯大学 Alfredo Kirkwood 团队,首次发现锥体神经元的 E/I 平衡并非恒定,而是在一天中发生周期性的振荡。该研究成果近日发表于《神经元》。

中科院上海有机所生物与化学交叉研究中心研究员何凯雯课题组联合美国约翰斯 · 霍普金斯大学 Alfredo Kirkwood 团队,首次发现锥体神经元的 E/I 平衡并非恒定,而是在一天中发生周期性的振荡。该研究成果近日发表于《神经元》。

神经元对信息的处理和传播依赖于谷氨酸能这类兴奋性突触传递神经信号,同时也依赖γ- 氨基丁酸能这类抑制性突触对信号传导进行时间和空间上的限制。如同油门与刹车的配合决定了车辆能否安全正确地行驶,神经元的兴奋与抑制之间的平衡关系(E/I 平衡)是决定神经元及神经网络功能发挥的关键因素,许多脑疾病都与 E/I 失衡密切相关。

在这项工作中,研究人员通过记录分析微小后突触电流,意外发现在初级视皮层、前额叶皮层以及海马中锥体神经元的兴奋性与抑制性突触强度在 24 小时的光暗周期内发生反向变化:当兴奋性突触事件的频率在暗周期中升高时,抑制事件的频率降低;反之兴奋性突触在光周期中下调时,抑制性突触则显着增强。

E 与 I 的反向变化提示神经元的 E/I 平衡在昼夜间发生大幅度波动,且很可能是脑中普遍存在的生理现象。以初级视皮层为主要研究体系,研究人员进一步探究了 E/I 平衡周期性振荡的具体方式与机制。通过对小鼠进行温和短暂的睡眠剥夺,研究人员发现光周期中锥体神经元抑制信号的上调依赖于睡眠,这与已知的睡眠对兴奋性突触的调控作用相似。结合药物学方法,进而发现暗周期时大脑中 eCB 的高表达参与到突触抑制的下调。

原始出处:

Michelle C.D. Bridi, Fang-Jiao Zong, Xia Min, et al. Daily Oscillation of the Excitation-Inhibition Balance in Visual Cortical Circuits. Neuron, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.11.011.



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