脑细胞大致可分为两类:抑制性神经元和兴奋性神经元。兴奋性神经元是支持突触后神经元产生电脉冲的细胞，从而促进大脑特定区域细胞的激活。另一方面，抑制性神经元有助于抑制这些电脉冲，从而减少大脑特定区域的活动。
抑制和兴奋之间的平衡有助于大脑的健康运作。虽然支持兴奋性神经元微调的神经生物学过程现在已经被很好地理解，但那些支持抑制性神经元微调的神经生物学过程仍然难以捉摸。
麦吉尔大学(McGill University)和爱丁堡大学(University of Edinburgh)的研究人员进行了一项研究，目的是更好地理解小鼠后托下神经兴奋性和抑制性神经元的微调原理。后托下神经位于大脑内侧颞叶，已知支持空间导航和记忆。
他们的研究结果发表在《自然神经科学》杂志上，证实了兴奋性和抑制性神经元的等效调节是局部皮层网络的内在特性的假设。
“我们的实验室对外界的信息如何反映在个体脑细胞的活动上很感兴趣，”该论文的主要作者阿德里安·j·杜斯凯维奇告诉《医学快报》。
“哺乳动物的大脑是由数百万个被称为神经元的脑细胞组成的，它们形成了数十亿个连接，而仅仅知道其中一小部分脑细胞的活动就能破解它的密码是一项具有挑战性的任务。”尽管如此，在大脑的某些部分，单个神经元的活动相对容易解释，如果我们详细研究这些回路，我们可能会发现一些更普遍的原理，说明单个脑细胞的活动是如何与外界联系的。”
参与相当直接的活动模式的细胞包括初级视觉皮层中的神经元，这些神经元在对视觉刺激做出反应时变得活跃。这些细胞的其他例子是海马体中的位置细胞和内嗅皮层中的网格细胞，这两种细胞的活动模式都与动物在周围环境中的位置密切相关。
网格细胞的存在在近20年前首次被发现，发现它们的团队获得了2014年诺贝尔生理学/医学奖。
Duszkiewicz解释说:“位置细胞和网格细胞都属于‘兴奋性’细胞，也就是说，脑细胞可以激活与它们相连的其他脑细胞。”这些细胞构成了大脑皮层神经元的大部分(约85%)，而其余的神经元主要属于另一类细胞，称为“抑制性”细胞，这种细胞会降低与它们相连的细胞的活性。
过去的研究发现，兴奋性细胞的活动，包括初级视觉皮层的神经元和位置细胞，与环境特征密切相关。另一方面，抑制性细胞往往是永久活跃的，它们的活性只能受到外部/环境事件的轻微调节。
Duszkiewicz和他的合作者最近工作的主要目的是更好地理解抑制细胞活性的起源。具体来说，研究小组开始确定这些细胞的活动是否真的是随机的，还是遵循特定的模式。
Duszkiewicz说:“为了做到这一点，我们转向了大脑皮层的另一部分——一个叫做后下带的大脑区域，它专门负责空间的方向感。”“后枕下的兴奋细胞被称为‘头向细胞’，因为当动物面对一个特定的方向时，它们中的每一个都是活跃的，它们一起形成了大脑的指南针，准确地跟踪动物在环境中的方向。”
研究人员决定将他们的研究重点放在老鼠的后枕下，因为这个大脑区域已知有一个非常简单的神经密码。其代码的简单性使他们能够通过追踪老鼠在探索盒子时移动的方向，绘制出单个神经元的活动模式。
Duszkiewicz说:“我们将微型电极阵列植入老鼠的大脑，瞄准后耻骨下。”“当老鼠在一个大盒子里觅食谷物时，这项技术使我们能够追踪几十个单个神经元的活动，一次最多180个。”
研究人员检查的大多数神经元，即小鼠的兴奋性头向细胞，只有在小鼠面对特定方向时才活跃。研究小组还观察到一些抑制神经元一直活跃，但似乎更喜欢看似随机的方向。
“当我们仔细观察后托下神经元的活动模式，或者它们对动物方向的‘调整’时，我们意识到抑制性神经元的调整并不是完全随机的，”Duszkiewicz说。“仅通过观察它们的活动，我们就能确定老鼠目前正在看的方向，其准确性与兴奋性细胞相似，这意味着它们的活动是有意义的。”但更重要的是，它们的活动模式看起来好像是所有邻近的兴奋性神经元(典型的指向头部的细胞)活动的总和。”
有趣的是，研究人员发现，抑制性神经元的活动模式似乎完全不受来自大脑其他区域的输入的影响。相反，它们似乎完全是由附近兴奋性神经元的调节决定的。
Duszkiewicz和他的同事将兴奋性和抑制性活动的调节模式之间的相互作用定义为“兴奋性/抑制性等效”。具体来说，他们的发现表明兴奋性和抑制性细胞的调谐模式是由相同的成分组成的，抑制性模式是兴奋性模式的总和。
Duszkiewicz说:“我们认为这一发现使我们更接近于理解这两类神经元——兴奋性细胞和抑制细胞——是如何共同作用，在大脑中创造出一幅外部世界的心理地图。”“这在人工神经网络时代尤为重要，因为如果人工神经网络要模拟真实大脑内部的活动，它就会对人工神经网络的单个节点如何映射到外部世界施加一些限制。”
Duszkiewicz和他的合作者收集的结果为哺乳动物大脑中兴奋性和抑制性调节的局部起源提供了一些新的线索。虽然他们最近的研究集中在后耻骨下，但研究小组希望很快扩大他们的研究范围，并检查大脑的其他区域。
“到目前为止，我们只关注一个神经回路，即后耻骨下，因为它的活动模式相对容易理解，”Duszkiewicz补充说。
“然而，现在我们知道要寻找什么，我们想要确认这种兴奋性/抑制性调谐等效可以在具有更复杂活动的大脑区域观察到，例如内侧内嗅皮层的网格细胞。”在未来的工作中，我们将追求的另一个途径是更仔细地观察抑制性神经元的不同亚类(其中有很多)，看看它们在调整动物的方向方面是否表现出任何差异。”
更多信息:Adrian J. Duszkiewicz等人，皮层网络兴奋-抑制调谐等效的局部起源，自然神经科学(2024)。期刊信息:自然神经科学
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引用探讨兴奋性和抑制性神经系统的起源 后耻骨下的最后调整(2024年4月30日)检索自https://medicalxpress.com/news/2024-04-exploring-excitatory-inhibitory-neuronal-tuning.html 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
