科学家揭示了控制听觉感知的神经回路

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校贝克曼先进科学技术研究所的Dan Llano和Baher Ibrahim领导的一项新研究发现了一个新的神经元回路，可能有助于控制哪些感觉信息传递到听觉皮层。他们的论文“老鼠听觉丘脑皮层传递的皮质丘脑门控”于2021年5月发表在eLife上。

　　

 

   

图片:Daniel Llano博士，伊利诺伊大学香槟分校分子与综合生理学系副教授

由Baher Ibrahim和Daniel Llano博士领导的贝克曼先进科学技术研究所神经科学家团队在eLife上发表了一项研究，进一步加深了我们对大脑如何感知日常感官输入的理解。

“传统观念认为，我们体验世界的方式就像放映机播放的电影。所有接收到的感官信息都在我们的大脑皮层中播放，这就是我们看到和听到事物的方式，”Llano说。他是贝克曼研究员，也是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校分子与综合生理学副教授。

然而，多年来有不少研究挑战了我们对世界的这种传统看法。这些研究提出了一种新的模型:丘脑可能会根据我们所学到的经验，选择大脑皮层中已经存在的信息，而不是将信息投射到大脑皮层中。

易卜拉欣和他的同事利用一个独特的老鼠大脑切片，在大脑的三个不同区域(中脑、丘脑和皮质)之间保持连接，进行了一系列实验，涉及到复杂的技术，如电生理学、光遗传学和计算机建模。

Ibrahim发现控制传递到皮层的信号的神经元是通过丘脑网状核发挥作用的皮质-丘脑神经元。这些神经元从大脑皮层向下延伸到丘脑，构成了一群不常被提及的神经元，但它们却负责控制传递到大脑皮层的信息。

这项研究的意义是深远的。从这项研究中可以看出，在大量的感觉输入中，大脑使用这些皮质-丘脑神经元来选择哪些感觉输入通过“非线性反应”传递到大脑皮层。这导致人类只关注那些传递到大脑皮层的感觉输入。因此，这篇文章揭示了涉及到特定感知信息的神经元回路。

“在我们做这个特别的研究之前，其他研究显示了在其他感觉系统的皮层中存在这些非线性反应，比如视觉系统。因此，我怀疑我们在听觉系统中发现的可能是一种通用机制，除了嗅觉之外，其他感官系统都能看到它。”

易卜拉欣补充说:“学习如何正确有效地使用所有这些技术来获得可靠的数据是这项研究中最具挑战性的部分。”

易卜拉欣是Llano实验室的博士后研究员，有药理科学背景，以前没有接受过执行电生理技术的训练。这带来了独特的挑战。

这项研究最终回避了一个问题，即日常感官感知是否是我们的大脑基于认知需求选择的世界内部模型和来自外部世界的输入流的混合物。这将是一种非常不同的理解感官知觉的方式与传统的教导相反。这些概念的清晰是理解这些感知过程出错的情况的基础，即幻觉。

贝克曼研究所最近获得了最先进的多光子显微镜，为推进这项研究提供了广泛的可能性。这种显微镜将允许科学家在细胞水平上成像活的大脑。这将允许Llano和同事们在细胞水平上研究活体动物的大脑皮层，进一步允许他们一次研究数百个神经元，并沉默特定的神经元亚群，看看反应如何变化。

这项研究是朝着理解大脑这个无限复杂的器官又迈进了一步。

The paper "Corticothalamic gating of population auditory thalamocortical transmission in mouse" is available online at https://elifesciences.org/articles/56645