Nat多文揭大脑“中继器”丘脑是调控思维产生的关键!

邓文龙

多篇文章揭示大脑“中继器”是调控思维产生的关键！

来源：生物谷 2017-05-21 12:42

2017年5月21日 讯 /生物谷BIOON/ ---长期以来，人们一直以为大脑中一个"鸡蛋"形的结构仅仅是一个信号的中继器，但最近的几项研究则揭示了它在调控思维回路中的作用。多项小鼠水平的研究结果表明，丘脑的作用在于维持个体对事物分类的能力以及形成思维的能力。

通过人为地操纵丘脑神经元活性，科学家们能够控制动物寻找奖赏的记忆力。未来，丘脑或许可以作为治疗认知障碍以及精神分裂症等精神疾病的重要靶点。

"如果大脑的工作模式像乐队的话，我们的结果则表明丘脑就是其中的指挥"，来自纽约大学的Michael Halassa博士说道："它能够协调所有成员有序地连接与合作，进而奏出完美的乐曲"。

最近，由三个不同的研究团队（Halassa博士，来自哥伦比亚大学的Joshua Gordon博士与Christoph Kellendonk博士以及来自HHMI的Karel Svoboda博士与Charles Gerfen）分别将他们对丘脑的作用的研究成果发表，相关结果发表在《Nature》、《Nature》以及《Nature Neuroscience》杂志上。

此前人们认为丘脑主要起着中继器的作用，这是因为它与大脑负责信息传递的部分相连接，但丘脑同时还与其它大脑结构具有联系，其中的功能仍没有被揭示。

三个研究组对分析了中/上丘脑以及前叶皮层区域（PFC，负责思考与作出决定）连接的部分进行了研究。大脑扫描结果表明患有精神分裂症以及工作记忆形成障碍的患者大脑的这一区域连接程度明显较低。

Halassa等人发现丘脑与PFC之间的神经元能够相互交流。他们设计了一个让小鼠完成指定的任务（维持对类别的记忆）：找到背后藏有牛奶的门的试验，并且在这一过程中通过光遗传学的手段抑制了丘脑相关神经元的活性。结果显示，神经元活性的抑制能够阻断小鼠选择正确门的能力，而刺激该神经元的活性则能够提高动物的表现。这一结果证明了该区域的神经元对于工作记忆维持的作用。

那么究竟丘脑能够帮助维持哪些类型的信息呢？研究者们发现PFC中的部分神经元能够控制小鼠形成对类别的记忆，而丘脑并不是负责传递这一信号，而是能够扩增这一信号的强度。"我们的研究发现了大脑维持对类别的记忆的关键回路"，Halassa博士说道。

Gordon博士等人通过设计实验让小鼠在迷宫中寻找牛奶，发现了相同的结果。在这一试验中，小鼠需要准确地记忆自己来时的路，并原路返回找到牛奶。同样利用光遗传学手段，研究者们发下PFC中的一部分神经元能够与海马区发生交流，从而维持记忆。

丘脑向PFC传递的信号能够维持工作记忆，而PFC向丘脑发出的信号则能够进一步增强记忆并促进行动的产生。与此前的研究相符，海马区产生的信号对于PFC的神经元产生寻找奖励的记忆十分重要，这一结果与Halassa的结果十分吻合。

"有意思的是，我们发现了PCF中两类功能完全不同的神经元。一类负责对空间位置的记忆，这部分神经元需要来自海马区的信号激活，而另外一类则负责维持已有的记忆，这部分神经元需要来自丘脑的信号激活" Gordon博士说道："我们的发现具有一定的临床意义，尤其对于精神分裂症来说十分重要。在未来的研究中，我们应当搞清楚在患者的脑部该神经回路是如何发生了紊乱，以及我们应该如何治疗来缓解患者的症状"。

在Janelia 博士与Gerfen博士的研究中，他们同样发现了丘脑通过与大脑皮层进行双向的交流，从而维持短期记忆的重要性。小鼠需要经过几秒的延迟来记住移动的方向，以及找到奖励。在这种情形下，丘脑通过与皮层负责运动的区域交流发挥功能。神经电信号检测结果表明这两个区域都存在活动现象，表明上述两个结构的共同作用导致小鼠能够顺利的移动。光遗传学实验则表明这种神经元的交流是双向的。

"我们的结果表明大脑皮层的回路本身不能够维持神经元的活性，以达到运动的目的"，Gerfen博士说道："它还需要包括丘脑在内的结构共同作用以达到这一目的"。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Schmitt LI, Wimmer RD, Nakajima M, Happ M, Mofakham S, Halassa MM. Thalamic amplification of cortical connectivity sustains attentional control. Nature, May 3, 2017. DOI: 10.1038/nature22073.

Bolkan SS , Stujenske JM, Parnaudeau S, Spellman TJ, Rauffenbart C, Abbas AI, Harris AZ, Gordon JA, Kellendonk C, Thalamic projections sustain prefrontal activity during working memory maintenance. Nature Neuroscience, May 3, 3017. DOI: 10.1038/nn.4568

Guo ZV, Inagaki HK, Daie K, Druckmann S, Gerfen CR, Svoboda K. Maintenance of persistent activity in a frontal thalamocortical loop. Nature, May 3, 2017. DOI: 10.1038/nature22324

http://news.bioon.com/article/6704062.html

https://www.nature.com/nature/jo ... ll/nature22073.html

https://www.nature.com/neuro/jou ... t/full/nn.4568.html

https://www.nature.com/nature/jo ... ll/nature22324.html



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