空间识别途径
当你丢失或迷失方向时,你的大脑使用线索从你surroundings-landmarks附近和整理你的话语权。收集的信息传播你的感官神经细胞,或神经元,大脑特定区域的信号通过电路和路由发送下游地区,本质上是将信息转化为行为,让你回到正轨。
Janelia研究校园,博士后研究员马克Cembrowski,谁是组长纳尔逊Spruston实验室的一部分,一直在领导为了解析细胞,分子,和行为的组成部分这一过程,称为空间识别。他们发现,在《华尔街日报》描述了4月19日细胞,提供新的见解的神经科学memory-guided导航。
Cembrowski的主要研究目标是菌丝层次区域的哺乳动物大脑位于海马在记忆和导航方面扮演着重要的角色。菌丝层是主要的“输出”的各种马体它发送信号大脑区域通过一个特殊的类的神经元锥体细胞。
“如果你回去几年,打开课本你会看到典型的海马体的电路用图表表示出了一百年,你会看看菌丝层,你会看到它贴上一个地区,有一种类型的细胞,做一件事,“Cembrowski解释道。但是,科学家们发现,事情并不像看上去的那么简单。
最近,研究者证明锥体细胞可能出现菌丝层内非均质性;换句话说,这些细胞的子类可能不同的信号传递给大脑的不同区域。
“这是假定大脑可以独立通路为当地和全球(信息处理),假设我们要严格检查,“Cembrowski说。
大脑使用两种线索navigation-local(基于当前环境)和全球线索(基于远处的物体或空间)的惟一标识符。Cembrowski和他的同事们想要了解的程度在菌丝层锥体细胞的变异,如果他们能识别不同的子类,将它们与信息处理的差异。
这项研究是一个实验的发射点由Cembrowski前实验室合作伙伴,奥斯汀坟墓。工作表明,锥体细胞表现出两种截然不同的发射模式subiculum-some飙升,而其他人则飙升破裂。
“这是我们的钩,Cembrowski回忆说。“峰值的语言神经系统,我们想知道不同的“方言”符合不同的神经元和如果我们可以描述这些子类的子类。”
Cembrowski和他的同事感兴趣的特征包括连通性(大脑下游目标)、基因表达和电生理学(峰值)背后的科学。
他们调查了锥体细胞背subiculum-an区域与区域信息的处理动物的环境里多管齐下的方法,集成方法从细胞生物学,遗传学,电路分析,行为神经科学为零空间识别的神经根。
“我们可以从任何一个特定的角度研究这一概念,“Cembrowksi说。“但在Janelia的力量是你不需要委屈你能做的。”Cembrowski worked with three of Janelia's support teams—Quantitative Genomics, Anatomy and Histology, and the Vivarium support team—as well as the MouseLight project team.
他们的第一步吗?跟踪路径的锥体细胞,看看的子类可以根据他们的下游目标。Cembrowski使用特殊的逆行珠子,从神经元的结束旅行回到它的起始点。他注射两种颜色beads-magenta和大脑区域中两个不同的目标。他跟着路径旅行回菌丝层的珠子,发现红色和绿色的珠子落在两个不同的空间领域背菌丝层;因此,强调不同的连接。
一旦细胞是不同颜色,Cembrowski与定量基因组学团队合作可以测序数据,他发现绿色和红色的细胞的基因表达是截然不同。
所以,不可避免的下一个问题是,连通性和基因表达不同的细胞与他们的角色在处理局部和全局线索?
得到答案,Cembrowski建立一个行为实验涉及鼠标导航控制环境。鼠标在小池包含不透明的水里游泳和水下平台。动物知道标记放置在池外的距离可以用来估计其相对于该平台的地位。每个试验中,鼠标导航平台更迅速。
然后,使用Janelia植物园团队,Cembrowski暂时沉默一种锥体细胞在老鼠的菌丝层。只有绿色的锥体细胞功能,训练老鼠以前最短距离的平台现在游慌张。这表明红色细胞,一直沉默,是全球线索,收集和保留关键信息和绿色细胞处理信息只能从当地的线索。
最后,Cembrowski和他的同事们拼凑,绿色的细胞是single-spikers和洋红色火。“我们有很多的假设是什么原因导致这些差异在电生理学和引导这些差异是如何相关的信息处理”,Cembrowski说。
这项研究正在改变我们对大脑结构的中心的理解记忆,行为,和认知。
“这是对我们的研究的最疯狂的事,”他说。“我们发现大脑区域,subiculum-varies在每一个空间尺度的神经系统从分子细胞电路。但这只是兔子洞的开口,“Cembrowski说。
Cembrowski分享了一些线索之前为他和他的同事们:“我们已确定第一个怀疑的负责电生理差异菌丝层锥体细胞和我们希望调查,也许使用基因编辑。”
Cembrowski还想扩展这个跨菌丝层的全部工作,看看他们是否可以识别额外的细胞类型。此外,他们希望采取空间识别实验下一级使用新的显微镜技术,可以同时展示活动在两个锥体的子类细胞在一个自由移动的鼠标。
“我们认为这将是绝对惊人的如果我们建立了一个环境,我们可以同时改变本地和远端环境的元素,在看神经元的活动实时,”Cembrowski说。“这将是完全疯狂。”
