Поскольку они представляют собой примерную физиологическую модель того, как мозг млекопитающих получает сенсорную информацию, нейронные структуры называются "бочки с усами для мышей" были предметом исследования нейробиологов по всему миру в течение почти 50 лет. Новое исследование показывает, что, несмотря на все предыдущие исследования, еще предстоит сделать важные открытия. В частности, исследователи из Университета Брауна обнаружили ранее неизвестный набор совпадающих структур ствола на два слоя глубже в коре головного мозга, чем стволы усов, что дает более полное представление о схемах, участвующих в обработке сенсорной информации.
Хотя люди не используют усы для восприятия своего окружения, новые открытия по-прежнему служат для углубления понимания учеными того, как взаимодействуют две области мозга – кора, которая обрабатывает информацию, и таламус, который передает эту информацию в кору. исследование, старший автор Барри Коннорс, профессор нейробиологии в Браун. Предполагалось, что стволы, обнаруженные в 1970 году в четвертом слое коры головного мозга, несут большую часть этих перекрестных помех, и, хотя это все еще может быть правдой, открытие параллельных "Infrabarrels" в шестом слое предполагает, что слой, ближайший к таламусу, может играть большую роль, чем предполагалось ранее.
"Есть большая вероятность, что эти инфраузлы раскрывают некую архитектуру схем, которая раньше не ценилась," Коннорс сказал.
«Жизненно важно понимать эти схемы, учитывая, насколько важны управляемые корой поведения, такие как обработка сенсорной информации и внимание», – добавил ведущий автор Шейн Крэндалл, бывший научный сотрудник Брауна, который сейчас является доцентом в Университете штата Мичиган. Это оказалось трудным – даже в хорошо изученной системе бочонка усов – из-за огромного разнообразия клеток в корковых слоях.
"Наше исследование было сосредоточено на самом глубоком и, возможно, самом загадочном слое неокортекса – слое шесть," Крэндалл сказал. "Наши результаты показывают дискретные модули неокортикальных цепей, специализирующиеся на связывании дальних входов с конкретными выходами, тем самым обеспечивая основу для понимания функциональной организации шестого уровня."
По словам Коннорса, наука о мозге, стоящая за усами мышей, настолько привлекательна для ученых, что она настолько хорошо организована. Каждый усик соединяется в отдельную цепь, которую можно четко проследить через ствол мозга, в таламус и в точное отображение, в котором каждый ствол в четвертом слое соответствует одному усу. Но в более общем плане у людей и мышей существует карта нейронов коры головного мозга для ощущений по всему телу. Клетки соматосенсорной коры, которые обрабатывают прикосновение в правом мизинце человека, например, специфичны и отличаются от клеток, обрабатывающих ощущения в левом локте. Между тем, как эти клетки принимают информацию от таламуса, гораздо больше клеток отправляют сообщения из коры обратно в таламус, сказал Коннорс, возможно, чтобы управлять вниманием коры головного мозга ко всей этой поступающей сенсорной информации.
"Кора головного мозга не только получает информацию о мире через таламус, но и регулирует получаемую информацию," Коннорс сказал. "Мозг постоянно принимает решения о том, на какую информацию обращать внимание, а на что не обращать внимания."
Новый набор бочек
В новом исследовании Коннорс, Крэндалл и соавторы пытались понять, как были организованы ячейки в шестом слое и сыграли ли они роль в этом перекрестном разговоре. Для этого они использовали мышей, которые были генетически сконструированы для экспрессии различных флуоресцирующих белков в очень специфических типах клеток. Например, они смогли получить "кортикоталамический" (КТ) нейроны – те, которые выступают из коры головного мозга в таламус – в слое шесть, чтобы загораться желтым.
Когда они это сделали, они увидели, что те нейроны КТ были плотно сгруппированы в структуры, которые не только были очень похожи на знаменитые бочки в четвертом слое (которые они заставили светиться красным), но и непосредственно под ними в столбцах схем, которые простираются по всему слою. слои коры.
Они продолжили исследование нейронов шестого слоя, используя технику оптогенетики, в которой определенные нейроны могут быть сконструированы так, чтобы они активировались или подавлялись импульсами видимого света. Технология позволила им стимулировать различные клетки таламуса, чтобы увидеть, какие нейроны эти клетки могут возбуждать в шестом слое. Они обнаружили, что, хотя таламические нейроны вообще не оказывали большого влияния на нейроны CT, они возбуждали многие из нейронов, сгруппированных в промежутках между слоем 6 infrabarrels. Эти нейроны взаимодействуют внутри коры и поэтому называются кортикокортикальными (КК) нейронами.
По словам Коннорса, полученные данные свидетельствуют о том, что, по крайней мере, некоторые связи коры головного мозга с таламусом передаются через КТ-клетки шестого слоя в инфрабочках, которые расположены так же, как стволы в четвертом слое. Они также предполагают, что таламус не только посылает данные для обработки коры головного мозга в четвертом слое, но и в нейроны CC между межузловыми узлами в шестом слое.
Один из следующих вопросов, который теперь хочет задать Крэндалл, заключается в том, какими другими клетками коры могут быть эти CC-клетки, которые получают прямой таламический вход "говорящий" к.