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【喜讯】陈成刚博士在The Journal of Neuroscience重新定义下丘相关的神经环路

328,神经科学领域的top期刊The Journal of Neuroscience在线发表了清华大学脑与智能实验室和生物医学工程系的宋森研究组的最新研究成果“Neuronal Organization in the Inferior Colliculus Revisited with Cell-Type-Dependent Monosynaptic Tracing”。该研究利用跨单突触狂犬病毒示踪、荧光原位杂交染色以及相关聚类分析实验和计算手段,首次在全脑范围内量化了下丘不同亚区,兴奋性和抑制性神经元接受的外部输入信息

背景

下丘和上丘位于背侧中脑可以直接接受由耳蜗核和视网膜传递过来的第一级听觉和视觉信息。相对于视觉信息,听觉信息在传递到皮层之前,脑干中经过了多级传递。听觉信息既可以串行的由耳蜗核到橄榄核复合体再到外侧丘系,也可以在三个核团并行的传递。但是,所有上行核团,包括其亚区,最终都会汇聚到下丘同时下丘也接受听觉皮层听觉丘脑的下行输入对侧下丘输入和神经递质输入。下丘在综合了所有听觉信息后,会继续投射到丘脑上丘和导水管灰质等核团。下丘领域的教科书认为下丘的丘系部分主要接受上行输入,下丘的非丘系部分主要接受下行输入和来自丘系部分的输入。然而具体的下丘中兴奋性和抑制性神经元的输入一直存在争议。

方法和结论

研究人员100纳升用于辅助相关病毒AAV-DIO-EGFP-TVAAAV-DIO-RG)注射Vglut2-VGAT-Cre小鼠下丘的丘系或非丘系部分2周以后,注射50纳升SADΔG DsRed RV狂犬病毒

研究人员发现下丘的非丘系部分兴奋性和抑制性神经元是以接受上行输入为主,而不是通常认为的下行输入通过进一步的聚类分析,发现非丘系下丘的上行输入和下行输入是作用在两群兴奋性神经元上面的而抑制性神经元输入具有明显的聚类。

除此以外,研究人员发现非丘系下丘的兴奋性神经元比抑制性神经元接受更多的皮层反馈输入,而抑制性神经元接受更多的耳蜗核输入。兴奋性神经元的频域和时域信息编码更容易受到动物麻醉以及运动状态的影响,而抑制性神经元则基本不变。

下丘非丘系部分的兴奋性神经元所接受外部输入(红色神经元),包括上行输入(耳蜗核,上橄榄核复合体和外侧丘系核),下行输入(听觉丘脑和皮层),以及神经递质输入(五羟色胺和多巴胺相关的核团).绿色表示神经元的输出投射纤维或荧光原位杂交信号.

作者简介

清华大学脑与智能实验室、生物医学工程系、类脑计算研究中心和麦戈文脑科学研究院宋森研究员是论文的通讯作者,生物医学工程系博士生陈成刚为论文第一作者,日本金泽医科大学伊藤哲史教授为论文共同通讯作者。北京生命科学研究所程明秀负责本文的荧光原位杂交染色工作