林龙年教授工作于华东师范大学脑功能基因组学重点实验室。他给我们讲了他关于破译神经编码的研究。除了实验发现和实验思路,他还提到一些实验技术的细节,可以看出他是一个实干派、技术派。我虽然对单个神经元电生理记录只有粗浅的接触,但听他讲起来,也觉得津津有味,多能听懂,心里不禁佩服他的治学功底之深。

他们使用多电极电生理记录的方法,记录海马和杏仁核的单个神经元动作电位,做了很多很有意思的研究。

  • 海马对概念的编码

他们发现,当小鼠接近和进入自己的“床”(nest)的时候,海马区有某个神经元会出现高频的放电,而在其他区域,一般不放电;与之对应的,某个神经元,在其他区域高频放电,而一旦进入床,就停止了放电。他们改变床的质地、气味、形状等,都不能改变这种放电规律。但大小的改变可以影响放电——当“床”大到像一个房间,而不像一个巢时,放电就停止了。

由此他们推理,这种放电代表了神经元对“床”这个概念的编码。有意思的是,这种编码还有正反两个方面。

那么编码这一特定概念的神经元是唯一的吗?林教授发现,虽然电极会损毁一定的大脑组织——包括这些编码“床”概念的神经元——但小鼠识别床的行为没有任何问题。这意味着大脑具有一定的鲁棒性(robustness),即编码相同信息的神经元并不是唯一的,如果一个损毁了,其他的细胞也能替代它的功能——虽然现有技术未必能找到其他细胞。

在研究过程中,他们还发现了很多有意思的神经元。比如某个神经元会对活动的东西(或称光影的变化)放电。

他们使用Ganger Causality(一个事件是否可以准确预测另一个事件的发生)的数学方法推断因果关系。

  • 杏仁核对情绪的编码

他们做了恐惧的研究,探测到一类神经元,在猫出现时发生高频放电。进一步研究发现,猫的气味即可让神经元发生这一反应。将小鼠放置高台(恐高——忘了问恐高和恐猫的神经元是否是同一个了),神经元也啪啪啪,直到小鼠摔下高台(刹那出现一个放电频率的最高值),放电才停止。

他们也做了焦虑的研究。旷场实验发现某神经元在放入旷场后,放电逐渐增加,约半小时稳定在一个高值状态,直至将它取出才停止放电。很多事件可以打断焦虑,如恐惧、食物、疼痛等,但刺激消失后,焦虑神经元立即重新开始放电。他们还试图观察是否反复多次将小鼠置于旷场中,有助于它脱敏——最后就不焦虑了。结果发现,每次放入旷场,焦虑神经元放电增幅加快(更早进入平台期),且平台期的强度也有增加;证明一味地让它接触焦虑场景而不给予安抚,焦虑的程度会增加、而不是降低。

  • 场电位的研究

这部分听得不是很清晰。

小鼠在清醒状态下,各个细胞的放电看起来杂乱无章,形成了场电位上的各个波形。在睡眠情况下,放电出现了一定的同步现象;在氯胺酮麻醉状态下,这种同步更加明显,但频率不高;在癫痫状态下,出现了高频的同步放电。

他们推断某种神经元的放电,导致了场电位的某种波(对脑电很不熟,不记得了)。使用了光遗传转染胆碱能神经元的小鼠,发现隔核(?)ChAT神经元的活化,可以阻断Reeper波(??)的生成,这种过程可以被阿托品阻断(提示胆碱能M型受体参与)。并将这些发现与睡眠时的记忆巩固相联系:见链接

虽然听得不清晰,这一部分内容实际是很重要的,需要再花时间研读。

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