新發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡使視覺和運動電路同步

一只果蠅在一個被做成浮動 3D 跑步機的小泡沫塑料球上行走。房間里一片漆黑，然而，記錄蒼蠅大腦中視覺神經(jīng)元的電極傳遞著神秘的神經(jīng)活動流，像正弦波一樣上升和下降。

當葡萄牙 Champalimaud 基金會的神經(jīng)科學家 Eugenia Chiappe 第一次看到這些結(jié)果時，她預感到她的團隊取得了非凡的發(fā)現(xiàn)。他們從視覺神經(jīng)元進行記錄，但房間很暗，因此沒有視覺信號可以以這種方式驅(qū)動神經(jīng)元。

“這意味著不尋常的活動要么是一種人工制品，這不太可能，要么它來自非視覺來源，”Chiappe 回憶道。“在調(diào)查并排除干擾的可能性后，我確信：神經(jīng)元忠實地跟蹤動物的腳步。”

幾年后，有了許多新的見解，Chiappe 和她的團隊現(xiàn)在在科學期刊Neuron上展示了他們的發(fā)現(xiàn)：一個連接腿和視覺系統(tǒng)的雙向神經(jīng)網(wǎng)絡來塑造行走。

“我們發(fā)現(xiàn)中最顯著的方面之一是該網(wǎng)絡支持同時在兩個不同的時間尺度上行走，”Chiappe 說。“它在快速的時間內(nèi)運行，以監(jiān)控和糾正每一步，同時促進動物的行為目標。”

追蹤神經(jīng)“情緒”

“視覺和行動看似無關，但實際上它們緊密相關;只需在墻上選擇一個點，然后閉上眼睛嘗試將手指放在上面，”Chiappe 說。“不過，人們對這種聯(lián)系的神經(jīng)基礎知之甚少。”

在這項研究中，該團隊專注于一種特定類型的視覺神經(jīng)元，這種神經(jīng)元已知與運動大腦區(qū)域相連。“我們想確定這些神經(jīng)元接收的信號，并了解它們是否以及如何參與運動，”該研究的第一作者 Terufumi Fujiwara 解釋說。

為了回答這些問題，藤原使用了一種稱為全細胞貼片記錄的強大技術，使他能夠利用神經(jīng)元的“情緒”，這種情緒可以是積極的，也可以是消極的。

“神經(jīng)元使用改變接收神經(jīng)元總電荷的電流相互交流。當神經(jīng)元的凈電荷更正時，它更有可能變得活躍，然后將信號傳遞給其他神經(jīng)元。另一方面，如果電荷越負，神經(jīng)元就越受抑制，”藤原解釋說。

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