在幕后,大脑电路确保的愿景仍然是可靠的

当涉及到处理视觉,大脑中充满噪音。从眼睛移动的信息通过许多连接在大脑中。理想情况下相同的图像会可靠地代表每次以同样的方式,而不同组的视觉皮层细胞可以成为刺激同样的场景。大脑是如何最终确保富达处理我们所看到的?一个神经科学家团队的Picower麻省理工学院学习与记忆研究所发现通过观察小鼠的大脑在观看电影。

研究人员发现,尽管“兴奋性”组神经元回应时图像出现,从而代表在视觉皮层活动两种类型的“抑制”神经元电路结合在一个整齐的排列在幕后执行所需的可靠性。研究人员不仅能够看到和分析这些神经元的模式工作,而且一旦他们了解了电路操作,他们控制了抑制细胞直接操作如何持续兴奋性细胞代表图像。

“问题信息处理的可靠性是非常重要的,特别是在视觉有效可靠,“Mriganka苏尔说,牛顿在麻省理工大学神经科学教授的大脑与认知科学系和新研究的资深作者神经科学杂志》上。“相同的神经元应该解雇以同样的方式当我看着一些东西,这样下次和我每次看它,它代表一致。”

研究科学家Murat Yildirim和前研究生Rajeev Rikhye领导了这项研究,这需要大量的技术专长。观看数百名兴奋性神经元和两种不同抑制性神经元在工作中,例如,他们需要工程师flash在不同的颜色不同的颜色的激光双光子显微镜。控制的细胞通过一种称为“光遗传学”的技术需要添加更多的遗传操作和激光颜色。此外,细胞活动的意义他们观察,研究人员制造了一个电脑模型的三方电路。

“这是令人兴奋的能够把所有这些实验元素,包括多个不同的激光颜色,能够回答这个问题,“Yildirim说。

可靠的代表

团队的主要观察小鼠反复看同样的电影,代表的可靠性之间的不同以及兴奋性细胞活动水平两个不同的抑制性神经元。可靠性低的时候,活动parvalbumin-expressing (PV)抑制性神经元高和活动在somatostatin-expressing (SST)神经元很低。可靠性高的时候,PV海温活动活动很低和高。他们也看到了SST活动跟踪光伏活动时间兴奋性活动后变得不可靠。

PV神经元抑制兴奋性活动控制增益,苏尔说。如果他们不,兴奋性神经元将成为饱和之际收到的图片,无法跟上。但很显然,这个增益抑制之际,制作的成本表示同样的场景,同样的细胞不可靠,研究表明。SST神经元同时可以抑制PV神经元的活性。在团队的计算机模型,他们代表了三方海温神经元抑制电路,能够看到PV神经元的兴奋性活动时开始变得不可靠。

团队能够直接显示动态控制的光伏和海温与光遗传学细胞。例如,当他们增加风场活动可以使不可靠的神经元活动更加可靠。和光伏活动增加时,他们会毁掉可靠性如果是礼物。

重要的是,他们还发现SST神经元不能执行可靠性没有光伏电池的混合。他们假设这合作是必需的,因为不同的SST和光伏电池抑制兴奋性细胞。海温通过连接细胞只有抑制兴奋性细胞活动,或“突触”,带刺的卷须称为树突远远从胞体,或“躯体”。PV cells inhibit activity at the excitatory cell body itself. The key to improving reliability is enabling more activity at the cell body. To do that, SST neurons must therefore inhibit the inhibition provided by PV cells. Meanwhile, suppressing activity in the dendrites might reduce noise coming into the excitatory cell from synapses with other neurons.

“我们证明了调制响应可靠性的责任不是只与一个神经元亚型,”作者写道。”相反,它是风场之间的合作动力和PV(神经元)对控制感官的时间忠诚很重要的处理。SSTaPV电路可能的潜在的生物物理函数最大化的信噪比兴奋性神经元突触输入和最大化通过减少噪音在soma飙升。”

苏尔指出,海温神经元的活动不仅仅是由自动反馈在这个电路调制。他们也可能是由“自顶向下”输入来自其他大脑区域。例如,如果我们意识到一个特定的形象或场景是很重要的,我们可以意志地专注于它。可能由海温神经元信号实现执行更大可靠性在兴奋性细胞活动。