Nature:新发现挑战神经元作用传统理论 [转自科学网]
2013-11-19 16:25
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美德科学家独立进行的两项最新研究表明,单个神经元的激发就足以影响学习和行为。这一结论挑战了人们长期以来的认识,即数千个神经元的有序排列才能够产生一个行为反应。这两篇论文12月19日在线发表于《自然》杂志上。
进行最新研究的是美国霍华德•休斯医学院的神经生物学家Karel Svoboda和同事,以及洪堡大学Michael Brecht领导的一个独立研究小组。他们的研究结论为一项饱受争议的神经理论---神经元“稀疏编码”假说(sparse-coding hypothesis)提供了依据和支持,该理论认为,少量的神经元就能够产生反应冲动。
Svoboda和Brecht的小组分别研究了啮齿动物大脑接收胡须感觉输入的区域---体觉皮层(barrel cortex),它包括大约200万个神经元。尽管两个小组利用技术不同,但都能刺激特定的神经元。
Svoboda和同事创造出一种基因改造小鼠,它们能够在体觉皮层和学习相关的区域表达特定的荧光蛋白。这种通常存在于海藻中的蛋白通过令离子通过细胞膜,创造出电流来对蓝光发生响应。在向小鼠头骨植入一块玻璃窗后,研究人员又在它们头上安装了小型的发光二极管。研究人员可以通过改变二极管发光强度来调节细胞膜上作用的强度。
Brecht小组利用的是另一种手段。研究人员将能够激活单个神经元的电极深深植入大鼠的体觉皮层中。随虎,他们训练这些大鼠在感受到神经刺激后,利用舌头舔动作来打断一束光线。结果发现,平均而言,大鼠有5%的时间是对单个神经元的激励产生响应的。不过,这种响应的程度和范围高度依赖于被激发的是哪个神经元。比如,一些神经元能够唤起50%时间的响应。
德国尤利希研究中心(Julich Research Centre)的神经生物雪茄Dirk Feldmeyer表示,新的结论会对科学家如何看待神经系统网络产生根本的影响。“这真的能够改变人们的看法,即认为大脑皮层只会对大量神经元活动的激励产生响应。”
不过,Svoboda和Brecht都坦然承认,他们的发现无法终结关于“稀疏编码”假说的争论。Svoboda表示,“我们的研究表明动物能够读出十分稀疏的编码,但并不意味着正常行为的编码就是稀疏的。”而要真正弄清这一问题,需要极度敏感的成像技术来探测神经活动。“这个问题尚未以令人满意的方式解决,还有一些技术障碍需要克服。”Svoboda说。
(《自然》(Nature),451, 61-64(2007), doi:10.1038/nature06445,Daniel Huber, Karel Svoboda)
(《自然》(Nature),451, 65-68(2007), doi:10.1038/nature06447,Arthur R. Houweling, Michael Brecht)
新闻地址:http://news.sciencenet.cn/html/showpaper.aspx?cn=1&id=513
进行最新研究的是美国霍华德•休斯医学院的神经生物学家Karel Svoboda和同事,以及洪堡大学Michael Brecht领导的一个独立研究小组。他们的研究结论为一项饱受争议的神经理论---神经元“稀疏编码”假说(sparse-coding hypothesis)提供了依据和支持,该理论认为,少量的神经元就能够产生反应冲动。
Svoboda和Brecht的小组分别研究了啮齿动物大脑接收胡须感觉输入的区域---体觉皮层(barrel cortex),它包括大约200万个神经元。尽管两个小组利用技术不同,但都能刺激特定的神经元。
Svoboda和同事创造出一种基因改造小鼠,它们能够在体觉皮层和学习相关的区域表达特定的荧光蛋白。这种通常存在于海藻中的蛋白通过令离子通过细胞膜,创造出电流来对蓝光发生响应。在向小鼠头骨植入一块玻璃窗后,研究人员又在它们头上安装了小型的发光二极管。研究人员可以通过改变二极管发光强度来调节细胞膜上作用的强度。
Brecht小组利用的是另一种手段。研究人员将能够激活单个神经元的电极深深植入大鼠的体觉皮层中。随虎,他们训练这些大鼠在感受到神经刺激后,利用舌头舔动作来打断一束光线。结果发现,平均而言,大鼠有5%的时间是对单个神经元的激励产生响应的。不过,这种响应的程度和范围高度依赖于被激发的是哪个神经元。比如,一些神经元能够唤起50%时间的响应。
德国尤利希研究中心(Julich Research Centre)的神经生物雪茄Dirk Feldmeyer表示,新的结论会对科学家如何看待神经系统网络产生根本的影响。“这真的能够改变人们的看法,即认为大脑皮层只会对大量神经元活动的激励产生响应。”
不过,Svoboda和Brecht都坦然承认,他们的发现无法终结关于“稀疏编码”假说的争论。Svoboda表示,“我们的研究表明动物能够读出十分稀疏的编码,但并不意味着正常行为的编码就是稀疏的。”而要真正弄清这一问题,需要极度敏感的成像技术来探测神经活动。“这个问题尚未以令人满意的方式解决,还有一些技术障碍需要克服。”Svoboda说。
(《自然》(Nature),451, 61-64(2007), doi:10.1038/nature06445,Daniel Huber, Karel Svoboda)
(《自然》(Nature),451, 65-68(2007), doi:10.1038/nature06447,Arthur R. Houweling, Michael Brecht)
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