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    我国学者揭示大脑皮层环路调控的新机制

    日期 2019-12-09   来源:生命科学部   作者:张洪亮 冯雪莲  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:31430038,31630029,31661143037)资助下,北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室舒友生教授团队在皮层环路调控领域取得重要进展,揭示了谷氨酸非同步化释放(asynchronous release,AR)对皮层抑制性微环路的功能具有重要调控作用。研究成果以“Regulation of Recurrent Inhibition by Asynchronous Glutamate Release in Neocortex”(非同步化谷氨酸释放对皮层交互抑制的调控)为题,于2019年12月2日在Neuron(《神经元》)上在线发表。论文链接:https://www.cell.com/neuron/pdf/S0896-6273(19)30933-X.pdf。

      大脑皮层中数目众多的兴奋性神经元与抑制性中间神经元通过突触相互连接,构建成复杂的神经网络来执行感觉、运动、学习、决策等功能。其中,兴奋性神经元提供的兴奋和抑制性神经元所提供的抑制,共同维持神经网络的平衡。一旦平衡被打破,皮层环路功能受损,可引发各种神经/精神疾病,如焦虑、癫痫和精神分裂症等。因此,抑制性信号的发生时刻和强度,对神经网络中兴奋—抑制平衡的维持及皮层信号处理十分重要,然而该信号的调控机制尚不清楚。

      舒友生课题组用双通道膜片钳电生理技术,对急性分离的皮层脑片上两个邻近的细胞进行同时记录。发现皮层锥体神经元(pyramid cell,PC)的输出突触中存在谷氨酸的AR模式,且该模式的强度具有靶向细胞种类特异性,即在PC靶向中间神经元Martinotti细胞(MC)的突触中AR最强。在PC高频发放动作电位时,突触后MC接受的大量谷氨酸AR导致细胞去极化和兴奋性提高,从而促进更多且更长时程的动作电位发放,并且降低其发放精确性,继而在邻近的PC上引起持久且不精确的抑制性反应。进一步实验发现,慢钙感受器突触结合蛋白7(Syt7)的缺失降低AR强度,导致MC所介导的慢相交互抑制起始时间的推迟和强度的减弱。该研究首次揭示了AR释放模式对神经环路功能的重要调节作用,即调控皮层网络中慢相交互抑制的发生时刻及强度。这些发现对深入了解皮层网络中兴奋—抑制平衡的维持机制和皮层信息加工机制具有重要意义。

    图. a)皮层谷氨酸AR在MC介导的慢相交互抑制中的调控作用:MC的动作电位(绿色)发放持久且不精确(即与PC动作电位的发生时刻在时间上耦合不紧密),导致邻近PC中慢相跨突触抑制(蓝色)维持时间长且不精确;b)谷氨酸AR强度存在靶向细胞特异性:与其他细胞相比,PC靶向MC的突触上AR最强。(PC:锥体神经元;MC:Martinotti细胞;FS:快速放电神经元;Vm:细胞膜电位;EPSC:兴奋性突触后电流)




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