皮层躯体感觉第5层（SST）中间神经元的抑制性回路特征在各层内部是统一的，但在不同层之间具有特异性

《The Journal of Physiology》：Inhibitory circuit motifs of cortical somatosensory layer 5 SST interneurons are uniform within layers but specific across layers

L5层SST中间神经元受PV和VIP中间神经元的局部的和跨层抑制性调控，通过配对全细胞钳记录和光遗传学方法发现PV输入呈现突触抑郁特性，而VIP输入在40Hz高频刺激下突触增强，且L2/3 VIP能跨层靶向L5 SST。研究揭示了皮质柱中不同层次抑制性环路的具体连接模式及功能特性。

　　本研究通过使用三重转基因小鼠模型和配对全细胞膜片钳记录技术，深入探讨了小鼠初级触觉皮层（wS1）中层5（L5）的表达somatostatin（SST）的抑制性神经元（IN）所接收的抑制性输入来源及其短时程突触可塑性。研究揭示了L5 SST IN与本地和跨层的parvalbumin（PV）和vasoactive intestinal polypeptide（VIP）IN之间的连接特性，这些发现为理解皮层列中内在和跨层的抑制与去抑制处理机制提供了新的视角。

研究背景指出，小鼠的面部胡须是其重要的触觉器官，负责主动获取周围环境信息。这一信息在wS1区域的初级感觉皮层中进行处理，该区域由多个层次构成，每个层次在感觉信息处理中扮演着重要角色。然而，对于这些层次中具体的处理机制，目前的研究还较为有限。尤其是L5作为皮层的输出层，其内部的抑制性神经元连接和功能特性仍然存在许多未知。此外，跨层的神经元连接也鲜有系统研究，特别是那些涉及抑制性神经元的连接。

研究团队利用三重转基因小鼠（PV-Cre//tdTomato//GIN和VIP-Cre//tdTomato//GIN）进行实验，这些小鼠模型使得PV和VIP表达的抑制性神经元能够被有效标记，从而便于进一步的电生理记录和形态学分析。研究结果显示，L5 SST IN不仅受到本地PV和VIP IN的抑制性输入，而且在跨层连接中，VIP IN表现出显著的连接能力，而PV IN则几乎未形成跨层连接。这种连接的差异可能与两种神经元在结构和功能上的不同特性有关，例如VIP IN具有更丰富的跨层投射，而PV IN的轴突主要集中在本地区域。

研究进一步分析了这些连接的短时程突触可塑性。结果显示，PV到SST的连接在所有测试频率下均表现出突触抑制（depression），而VIP到SST的连接则在高频刺激下显示出突触增强（facilitation）。这种差异可能反映了不同神经元类型在调控目标神经元活动时的动态特性。PV IN可能在局部范围内快速且有效地抑制SST IN，而VIP IN则可能在跨层连接中通过增强突触传递来实现更持久的去抑制效果。

研究还发现，L5 SST IN在形态学上可以分为Martinotti细胞（MC）和非Martinotti细胞（nMC）。MC通常具有较长的轴突投射至L1，而nMC则缺乏这一特征。这些形态学上的差异可能与它们在功能上的不同特性有关，例如MC可能主要负责对局部皮层细胞的抑制，而nMC可能参与更复杂的跨层整合过程。此外，研究还发现这些连接具有双向性，即某些情况下SST IN也会对PV或VIP IN产生输入，这可能为理解神经元之间的交互提供了新的视角。

研究还探讨了PV和VIP IN作为去抑制器在信息处理中的作用。PV IN在皮层中数量最多，主要通过轴突初始段对皮层锥体神经元（PN）进行抑制，而VIP IN则通过长距离的投射和本地输入共同作用，可能在整合多源信息方面发挥关键作用。研究发现，VIP IN的连接不仅限于本地，还可能涉及跨层的复杂网络，这种特性使得VIP IN在信息处理中具有更广泛的调节能力。相比之下，PV IN的抑制作用可能更局限于局部范围，这与它们的短时程突触抑制特性一致。

研究中还提到，L2/3的VIP IN虽然具有广泛的轴突投射，但其与L5 SST IN的连接并不像L5的VIP IN那样频繁。这一现象可能与不同层次中神经元的分布和连接方式有关。同时，研究也发现L2/3的PV IN虽然具有下降的轴突侧支，但与L5 SST IN的连接率极低，这可能意味着PV IN在跨层连接中的作用较小，或者其连接模式在发育过程中发生了变化。

研究进一步指出，这些连接可能与神经元在不同行为状态下的活动有关。例如，在自由胡须运动和主动触觉过程中，VIP IN的激活时间可能不同，这可能影响SST IN对自身抑制性输入的调控。这种调控机制可能在注意力和信息整合过程中起到关键作用，使得神经网络能够根据环境变化动态调整其活动模式。

此外，研究还涉及了实验方法的细节，包括病毒注射、脑片制备、电生理记录和形态学重建等步骤。这些方法的结合使得研究人员能够准确地识别和分析不同类型的神经元连接，从而揭示了它们在皮层列中的具体功能。例如，通过使用473纳米激光刺激ChR2表达的神经元，研究人员能够有效检测到SST IN的抑制性突触反应，并进一步分析这些反应的幅度和时程特性。

研究结果表明，L5 SST IN与PV和VIP IN之间的连接在形态学和电生理特性上具有显著差异。PV IN的连接更为稳定，且在高频刺激下表现出更强的突触抑制，而VIP IN则在高频刺激下表现出突触增强。这种差异可能与不同神经元类型在突触传递中的作用机制有关，例如PV IN可能通过快速抑制来调节局部活动，而VIP IN则可能通过增强突触传递来实现更长时间的去抑制效应。

研究还讨论了实验中可能的技术限制，例如使用铯基内部溶液对SST IN的电生理特性进行分析时，可能会掩盖一些关键的参数变化。此外，研究团队在实验过程中发现，部分细胞未能完全恢复，这可能影响数据的完整性和准确性。因此，他们对数据进行了综合分析，并在统计方法上采取了多种手段，以确保结果的可靠性。

总之，本研究揭示了L5 SST IN在触觉信息处理中的重要作用，并进一步阐明了PV和VIP IN作为去抑制器的机制。这些发现不仅加深了我们对皮层列中抑制性神经元连接模式的理解，还为未来研究神经网络在不同行为状态下的动态调控提供了新的思路。