雷竞技rebat系统神经科学前沿|最新文章

小脑储备的新展望:动物和人类经验的神经保护作用

弗朗西斯卡Gelfo — 2023 - 01 - 06 - t00:00:00z

大脑根据经验改变结构和功能的能力解释了它在学习过程和特殊阶段(如发育和修复)成功适应环境的能力。在此基础上，提出了大脑、认知和神经储备的发生，以解释不同寿命经历的患者所描述的神经损伤程度和临床表现严重程度之间的差异。关于这一主题的研究强调了复杂刺激的神经保护作用，使大脑能够更好地应对损伤。这个框架最初是通过观察阿尔茨海默病患者发展起来的，后来逐渐扩展到各种病理状态。众所周知，小脑对广泛的塑料重新排列的经验特别敏感。储备机制所发挥的神经保护价值似乎适用于小脑的基本神经元可塑性。因此，加深我们对生活经历如何改变个体小脑形态和功能的理解是首要的兴趣。本研究旨在分析动物和人类研究提供的关于这一主题的证据。对于动物，我们考虑了在损伤发生前对受试者进行强化刺激的研究。对于人类，我们考虑了先前终身高水平经验与超强小脑应对损伤能力相关的研究。 Detailed indications of the processes underlying cerebellar reserves may be important in proposing effective interventions for patients suffering from pathologies that directly or indirectly damage cerebellar functionality.

社论:社会科学的脑磁图

乔纳森利维 — 2023 - 01 - 04 - t00:00:00z

编辑:为什么我们大脑中的确切频率很重要:从电生理学和大脑刺激的角度

Avgis Hadjipapas — 2023 - 01 - 04 - t00:00:00z

s-氯胺酮通过增加ampa受体介导的通路增强急性小鼠脑切片的丘脑皮层和皮质突触传递

马蒂亚斯•比伯 — 2022 - 12 - 22 - t00:00:00z

尽管正在进行的研究工作和常规临床应用，麻醉引起意识丧失的神经元机制仍然存在争议。与大多数麻醉剂不同，氯胺酮能增加丘脑和皮质的活性。氯胺酮被认为是通过作用于nmda受体拮抗介导的抑制减少，即抑制解除。丘脑和皮层之间完整的相互作用是维持意识的先决条件，因此是麻醉剂诱导意识丧失的有希望的目标。在本研究中，我们旨在利用急性脑切片制备来表征s-氯胺酮对丘脑皮层网络的影响。我们对CB57BL/6N小鼠急性脑切片中的锥体神经元和丘脑皮质接力神经元进行了全细胞膜片钳记录。兴奋性突触后电位(EPSPs)通过皮层电刺激获得<斜体>，该双极电极位于II/III层(电诱导的EPSPs, eEPSPs)或<斜体>，通过丘脑皮层中继神经元的光遗传激活(光遗传诱导的EPSPs, oEPSPs)。评估了内在神经元特性(如静息膜电位、动作电位产生的膜阈值、输入电阻和紧张性动作电位频率)，以及nmda受体依赖和独立的自发GABA_A-受体介导的抑制性突触后电流(sIPSCs)。Wilcoxon符号秩检验(显著性水平<0.05)作为统计检验，用Cohen’s U3_1确定实际效应量。 Within 20 min, s-ketamine (5 μM) significantly increased both intracortical eEPSPs as well as thalamocortical oEPSPs. NMDA-receptor-mediated intracortical eEPSPs were significantly reduced. Intrinsic neuronal properties of cortical pyramidal neurons from lamina IV and thalamocortical relay neurons in the ventrobasal thalamic complex were not substantially affected. Neither a significant effect on NMDA-receptor-dependent GABA_A sIPSCs (thought to underly a disinhibitory effect) nor a reduction of NMDA-receptor independent GABA_A sIPSCs was observed. Both thalamocortical and intracortical AMPA-receptor-mediated EPSPs were significantly increased.In conclusion, our findings show no evidence for a NMDA-receptor antagonism-based disinhibition, but rather suggest an enhanced thalamocortical and intracortical synaptic transmission, which appears to be driven via increased AMPA-receptor-mediated transmission.

钙和CaMKII在睡眠中的作用

郧阳王 — 2022 - 12 - 22 - t00:00:00z

睡眠是一种进化上保守的表型，地球上大多数动物都有。长时间的清醒会导致睡眠需求增加或睡眠压力增加。然而，其机制仍然难以捉摸。最近的研究表明，已知控制多种生理功能的Ca²⁺信号通路也调节睡眠。本文综述了Ca²⁺和Ca²⁺/钙调素依赖蛋白激酶II (CaMKII)在睡眠调节中的研究进展。通过钙相关通道、受体和泵，可以观察到睡眠表型的显著变化。NREM睡眠期间神经元放电模式的数学建模表明，这些分子组成了Ca²⁺依赖的超极化机制。细胞内Ca²⁺可能通过激活睡眠促进激酶CaMKII来触发睡眠诱导和维持。CaMKII及其多位点磷酸化状态可能在神经元中观察到的瞬时钙动力学和长时间尺度上观察到的睡眠-觉醒动力学之间提供了联系

编辑:神经科学和人工智能之间的闭环迭代

金玉李 — 2022 - 12 - 19 - t00:00:00z

内源性阿片神经肽在神经刺激镇痛中的作用

Susan T. Lubejko — 2022 - 12 - 14 - t00:00:00z

由于慢性疼痛在全球范围内普遍存在，迫切需要改进疼痛管理策略。虽然阿片类药物长期以来一直被用于治疗慢性疼痛，但其使用受到不良反应和滥用责任的严重限制。神经刺激技术已经成为治疗其他治疗方法难以解决的慢性疼痛的一种有前途的选择。虽然不同的神经刺激策略已应用于涉及疼痛处理的许多神经结构，但患者之间的疗效存在差异，这强调了优化神经刺激技术用于疼痛管理的必要性。这种优化需要对神经刺激诱导的疼痛缓解机制有更深入的了解。在这里，我们讨论治疗慢性疼痛最常用的神经刺激技术。我们提出的证据表明，神经刺激诱导的镇痛部分是由内源性阿片释放驱动的，这种内源性阿片释放是不同神经刺激方法之间的共同终点。最后，我们介绍了正在探索的技术和临床创新，以优化疼痛治疗的神经刺激技术，包括神经科学研究和临床治疗之间的多学科努力，可能会根据其潜在机制改进神经刺激的疗效

灵长类动物腹侧苍白球内的gaba能功能障碍可诱发冲动和强迫行为

Yosuke传奇 — 2022 - 12 - 08 - t00:00:00z

腹侧苍白球(VP)是边缘基底神经节回路的中心，控制食欲(接近)和厌恶(回避)动机行为。然而，VP在病理方面的参与仍不清楚，特别是在不同动机障碍的行为表达中。本研究旨在研究VP如何通过对gaba能障碍的异常行为< >的表达作出贡献。

方法:通过向猴子注射muscimol(一种GABA_a激动剂)和bicuculline(一种GABA_a拮抗剂)诱导相对GABA能功能障碍。我们确定了这两种物质对六只猴子在实验室椅子和自由移动的家庭笼子环境中自我发起行为的影响，以及在食欲和厌恶环境中执行接近回避任务的两只动物。

结果:注射双核素诱导VP患者的自我启动行为以重复梳理毛发和自我咬人等强迫行为为特征，注射肌精酚诱导的冲动行为包括实验室椅子环境下的肢体运动和自由移动环境下的探索行为。在接近-回避任务中观察到更具体的行为影响。肌肉酚注射诱发了过早的反应和错误的屏幕触摸，这是冲动和注意力障碍的特征，而对VP注射二尖素增加了消极回避(非主动行动)和厌恶环境下的任务逃避，这表明焦虑障碍。

<粗体>结论:这些结果表明，激活或阻断VP中的gaba能传输会损害动机性行为。此外，由这些相反的障碍产生的行为表达表明，VP可能参与焦虑驱动的强迫性障碍，如强迫症，以及由注意力缺陷或奖励寻求引起的冲动性障碍，如多动症或冲动控制障碍

在进行巴甫洛夫延迟条件反射任务时，小鼠的瞳孔动态反映了奖励预测信号

哥打山田 — 2022 - 12 - 08 - t00:00:00z

瞳孔可以表示各种内部过程和状态，如注意力、觉醒和工作记忆。在人类研究中，瞳孔大小的变化与学习速度、对未来事件的预测以及与预测的偏差有关。然而，瞳孔大小变化与预测之间的详细关系尚不清楚。我们在执行巴甫洛夫延迟条件反射任务的小鼠中探索瞳孔大小动态。头部固定实验装置与基于深度学习的图像分析相结合，使我们能够减少自发的运动活动，并跟踪行为小鼠瞳孔大小的精确动态。通过设置两个实验组，其中一个组的小鼠能够在巴甫洛夫延迟条件反射任务中预测奖励，另一个组的小鼠不能，我们证明了小鼠的瞳孔大小是由奖励预测和消耗以及身体运动调节的，但不是由不可预测的奖励传递。此外，我们还澄清，即使腹腔注射氟哌啶醇(一种多巴胺D2受体拮抗剂)破坏了身体运动，瞳孔大小仍然受到奖励预测的调节。这些结果表明瞳孔大小的变化反映了奖励预测信号。因此，我们为重新考虑计算奖励预测误差所涉及的神经元电路提供了重要证据。这种行为分析、图像分析、瞳孔测量和药理学操作的综合方法将为理解奖励预测的心理和神经生物学机制以及对学习和行为至关重要的预测错误铺平道路

mu -阿片类受体和受体酪氨酸激酶串扰:阿片类耐受性、神经性疼痛镇痛减少、依赖和奖励机制的影响

麦肯齐·c·甘布尔 — 2022 - 12 - 01 - t00:00:00z

尽管阿片类药物滥用的流行，阿片类药物仍然是严重疼痛的一线治疗方案。然而，阿片类药物的安全性受到镇痛耐受、神经性疼痛镇痛降低、身体依赖或奖励等副作用的影响。这些副作用促进阿片类药物使用障碍的发展，并最终因阿片类药物引起的呼吸抑制而导致过量死亡。处方阿片类药物的主要靶点μ-阿片类受体(MOR)与导致阿片类药物副作用的信号通路相互交织，这是一个重要的挑战。因此，一个关键的目标是将选择性调节镇痛的细胞和分子机制与那些介导副作用的机制分开。其中一种机制可能是受体酪氨酸激酶(RTKs)通过MOR的转激活。值得注意的是，or介导的副作用可以通过靶向RTK家族受体与镇痛信号解耦，突出了or -RTK串扰的生理相关性。本文主要综述了rtk的基本药理学和MOR信号的双向调控，以及MOR- rtk信号如何调节慢性阿片类药物使用的不良影响，包括阿片类镇痛耐受、神经性疼痛镇痛降低、身体依赖和奖励。需要进一步的研究来更好地理解RTK-MOR转激活信号通路，并确定rtk是否是减轻阿片类药物副作用的合理治疗靶点

降维和递归分析揭示纹状体病理状态的隐藏结构

米格尔Serrano-Reyes — 2022 - 12 - 01 - t00:00:00z

这里提出了一个管道来描述不同的特征，以使用多尺度分析来研究组织学尺度上的大脑微电路，包括统一流形近似和投影(UMAP)降维技术和模块化算法来识别神经元集成，运行测试来显示显著的集成激活，图论来显示集成之间的轨迹，以及递归分析来描述规则或混沌的集成动态。数据集包括<斜体>体外 nmda激活的纹状体组织在对照条件下以及疾病状态的实验模型:去皮、多巴胺耗尽和l -多巴诱导的运动障碍的啮齿动物样本。目标是分离具有相关活动模式的神经元集合。该管道允许在大脑切片中演示疾病状态之间的差异。首先，这些组合被投射在UMAP空间的不同位置。第二，图表揭示了神经元之间的功能连通性，包括神经元集合。第三，Runs测试检测到神经元集合内的协同活动的显著峰值。第四，协同性的显著峰值被用来显示合奏间的活动转换，揭示它们之间的重复时间序列。第五，递归分析显示了这些电路的确定性、混沌性或递归性。我们发现，除去剥层神经回路呈发散性和混沌性外，所有显露的神经回路均有周期性活动。 The Parkinsonian circuits exhibit fewer transitions, becoming rigid and deterministic, exhibiting a predominant temporal sequence that disrupts transitions found in the controls, thus resembling the clinical signs of rigidity and paucity of movements. Dyskinetic circuits display a higher recurrence rate between neuronal ensembles transitions, paralleling clinical findings: enhancement in involuntary movements. These findings confirm that looking at neuronal circuits at the histological scale, recording dozens of neurons simultaneously, can show clear differences between control and diseased striatal states: “fingerprints” of the disease states. Therefore, the present analysis is coherent with previous ones of striatal disease states, showing that data obtained from the tissue are robust. At the same time, it adds heuristic ways to interpret circuitry activity in different states.

社论:人类和机器的理解

Yan M. Yufik — 2022 - 11 - 25 - t00:00:00z

自然神经科学和虚拟现实

凯Thurley — 2022 - 11 - 17 - t00:00:00z

虚拟现实(VR)是过去几十年在神经科学领域特别流行的技术之一。虚拟现实实验的特点是感官刺激和行为之间的闭环。参与者与刺激相互作用，而不仅仅是被动地感知它们。可以同时刺激多种感官，可以模拟大规模环境以及社会互动。所有这些都使得VR体验比传统的实验室模式更自然。与实地研究的情况相比，VR模拟具有高度的可控性和可重复性，这是用于搜索感知和行为的神经相关性的实验室技术所要求的。因此，VR被认为是生态有效性和实验控制之间的中间地带。在这篇综述中，我探讨了VR在诱导人类和非人类动物的自然主义感知和行为方面的潜力。在此背景下，我概述了最近在神经科学研究中使用的虚拟现实方法

大鼠的图像辨别逆转学习因睡眠剥夺而受损:认知僵化还是疲劳?

布莱恩·k·史特贝尔 — 2022 - 11 - 17 - t00:00:00z

导论

睡眠不足在世界范围内普遍存在，在许多情况下，睡眠不足对健康和安全造成的损害都得到了体现。因此，了解睡眠不足如何影响大脑和决策是很重要的。大量文献记录了睡眠剥夺对认知过程的不利影响，包括认知灵活性，这是一种评估新反馈并做出适当行为调整的能力。动物模型经常被用来揭示因睡眠不足而改变的分子、基因和神经回路。在此，我们采用翻译方法来模拟睡眠剥夺对大鼠认知刚性的影响，即认知灵活性受损。

Methods

有几种方法来评估认知刚性;在本研究中，我们采用了一种成对辨别反转任务。据我们所知，这是第一次用这种范式来研究睡眠剥夺。在这个触摸屏操作平台上，我们训练大鼠从两幅图像中选择一幅来获得蔗糖颗粒奖励。如果选择了没有奖励的图像，大鼠继续进行校正试验，两幅图像都以之前的相同位置呈现。这种图像呈现一直持续到大鼠选择正确的图像为止。 Once rats reached performance criteria, the reward contingencies were reversed. In one group of rats the initial reversal session was preceded by 10 h of sleep deprivation. We compared those rats to controls with undisturbed sleep on the number of sessions to reach performance criteria, number of trials per session, response latencies, correct responses, errors, perseverative errors and perseveration bouts in the initial training and reversal phases.

Results

We report that on reversal session one, sleep deprived rats completed a fraction of the trials completed by controls. On subsequent reversal sessions, the sleep deprived rats struggled to adapt to the reversed contingencies despite completing a similar number of trials, suggesting an effect of cognitive rigidity separate from fatigue.

Discussion

We discuss the delayed performance dynamics incurred by sleep loss in the context of fatigue and the implications of using pairwise discrimination reversal as a model to further examine the effects of sleep loss on adaptive decision making.

勘误表:发育性小脑畸形儿童的音乐能力

安东尼Guinamard — 2022 - 11 - 09 - t00:00:00z

行走的运动控制是否存在频率特异性?振荡和振荡的假定微分作用

C. Charalambous — 2022 - 10 - 28 - t00:00:00z

由于α和β振荡分别作为皮质网状脊髓束(CReST)和皮质脊髓束(CST)的潜在代理人，已在行走过程中进行了全面评估。考虑到中风后下降道的损伤会导致行走障碍，这些振荡如何机械地促进行走的详细知识可以用于中风后运动恢复的策略。在这篇综述中，我们的目标是总结、综合和讨论关于这些振荡在运动下降驱动中的潜在差异作用的现有证据，经颅交流刺激(tACS)对典型和卒中后行走的影响，并讨论剩余的知识空白、未来的方向和方方法上的考虑。步行过程中肌皮质、肌间和肌内一致性的电生理学研究清楚地表明，β振荡主要存在于摆动阶段的背屈肌，中风后可能不存在。然而，振荡的作用还没有被明确地指出。我们的结论是，动物和人类研究都应该关注α振荡的电生理特征及其对CReST的潜在作用。阐明这些振荡的作用的另一种方法是调节它们，然后量化对行走行为的影响。这可以通过tACS实现，tACS对行走行为的有益影响(包括增强肌内连贯的β振荡)最近在神经典型的成年人和中风患者中都得到了证实。然而，这些研究仍然没有考虑到alpha和beta振荡的具体作用，因为所使用的tACS频率要低得多(即使用了个性化的计算步态频率)。因此，我们在文献中发现了一个主要的空白，即tACS研究实际上在行走过程中以α和β频率刺激。 Overall, we conclude that for beta oscillations there is a clear connection to descending drive in the corticospinal tract. The precise relationship between alpha oscillations and CReST remains elusive due to the gaps in the literature identified here. However, better understanding the role of alpha (and beta) oscillations in the motor control of walking can be used to progress and develop rehabilitation strategies for promoting locomotor recovery.

运动对衰老大脑睡眠微结构的影响:一项对久坐样本的研究

段宗凯新 — 2022 - 10 - 26 - t00:00:00z

拥有健康的睡眠模式对一个人的整体健康起着至关重要的作用。老年人睡眠的特点是慢波睡眠减少，快速眼动睡眠增加。此外，定量脑电图(qEEG)研究表明，睡眠中总脑电图功率与年龄相关的衰减。然而，运动已被证明可以改善所有年龄组的睡眠。在这项研究中，我们使用Sleep Profiler™EEG睡眠监视器来观察有氧运动干预后睡眠期间发生的EEG变化。这项研究是在年龄60-85岁的老年人(<斜体>N = 18，只有5名受试者同时包含足够质量的前后数据进行分析)中进行的。有氧运动方案每周进行三次，持续12周，每次20分钟。每节课的时间按需要增加1-2分钟，每节课的最长时间为45分钟。用MATLAB对宏观结构(睡眠阶段)和微观结构(脑电图)结果进行分析。对于微结构，我们的结果显示有氧运动方案后有更多的深度睡眠。 Furthermore, for the microarchitecture, out results shows an increase in total EEG power post-exercise in both light (N1 and L1) and deep sleep (N2 and N3). These preliminary changes in sleep the microarchitecture suggest that non-pharmacologic methods might mitigate age-related EEG changes with potential implications for neurocognitive health.

人类导航功能空间记忆检索中内侧前额叶皮层控制功能的模糊振荡模型

Maryam Moghadam — 2022 - 10 - 24 - t00:00:00z

导航可以广义地定义为通过路径规划从原点移动到目的地的过程。先前的研究表明，导航主要与内侧颞叶(MTL)的功能有关，包括海马体(HPC)和内侧前额叶皮层(mPFC)，它们控制着从该区域检索空间记忆。在这项研究中，我们提出了一个人类导航的认知和计算模型，重点关注海马体(HPC)和mPFC之间的相互作用，使用同步的概念。采用Van-der-pol振荡器对接收和处理“什么流”信息的同步过程进行建模。采用模糊查找表系统对mPFC在高性能计算机空间信息检索中的控制功能进行建模。并模拟了注意力水平的影响。该模型的性能评估使用的信息报告在以前的实验研究。由于所提出的模糊振荡模型具有固有的稳定性，因此它对初始条件的精确值不太敏感，因此，它与真实环境中的实际人类表现是一致的。对所提出的认知和模糊振荡计算模型的分析表明，该模型能够重现阿尔茨海默病(AD)等相关疾病在导航中的某些认知和功能障碍。我们已经证明，Van-der-pol方程的分岔参数的增加代表低频频谱功率密度的增加和高频频谱功率的下降，这是由于大脑中淀粉样斑块的增加而发生在AD中。 These changes in the frequency characteristics of neuronal activity, in turn, lead to impaired recall and retrieval of landmarks information and learned routes upon encountering them. As a result, and because of the wrong frequency code being transmitted, the relevant set of rules in the mPFC is not activated, or another unrelated set will be activated, which leads to forgetfulness and erroneous decisions in routing and eventually losing the route in Alzheimer’s patients.

复杂多通道神经元模型的多模态参数空间

王玉君 — 2022 - 10 - 20 - t00:00:00z

帮助我们理解神经元行为的最常见类型的模型之一是基于霍奇金-赫胥黎离子通道公式(HH模型)。在HH模型中推断参数的一个主要挑战是非唯一性:对于相同的输入刺激，许多不同的离子通道参数值集产生相似的输出。这样的现象导致目标函数呈现出多个模态(即多个局部极小值)。这种局部最优性的非唯一性给许多算法优化技术的参数估计带来了挑战。此外，HH模型具有严重的非线性，导致以算法方式推断参数的进一步挑战。为了在高维参数空间中使用一种易于处理的方法来解决这些挑战，我们建议使用一种特定的马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)算法，该算法具有在贝叶斯框架中推断参数的优势。贝叶斯方法被设计成适用于逆问题的多模态解。我们介绍并演示了使用三通道HH模型的方法。然后，我们重点讨论了八通道HH模型中九个参数的推断，并对其进行了详细分析。我们探索了MCMC算法如何使用五个注入电流电平来揭示推断参数之间的复杂关系。 The MCMC method provides as a result a nine-dimensional posterior distribution, which we analyze visually with solution maps or landscapes of the possible parameter sets. The visualized solution maps show new complex structures of the multimodal posteriors, and they allow for selection of locally and globally optimal value sets, and they visually expose parameter sensitivities and regions of higher model robustness. We envision these solution maps as enabling experimentalists to improve the design of future experiments, increase scientific productivity and improve on model structure and ideation when the MCMC algorithm is applied to experimental data.

疼痛和阿片类药物使用障碍的内源性阿片类系统改变

杰西卡·a·希金波坦 — 2022 - 10 - 19 - t00:00:00z

几十年的研究进展已经确定了内源性阿片类系统在调节奖励处理、情绪、动机、学习和记忆、胃肠功能和疼痛缓解方面的核心作用。内源性阿片系统在中枢和外周神经系统普遍存在。它们由μ (MOPR)、κ (KOPR)、δ (DOPR)和NOPR (NOPR)阿片受体系统组成。这些受体通过内源性阿片肽β-内啡肽、dynorphins、脑啡肽和痛觉肽的作用发出信号，在正常生理状态下维持稳态。由于其在疼痛调节中的突出作用，外源性阿片类药物(主要针对MOPR)在医学上一直被用作止痛剂，但其产生欣快效应的能力也存在滥用的高风险。疼痛和阿片类药物使用扰乱内源性阿片类系统功能的能力，特别是在中枢神经系统内，可能会增加阿片类药物使用障碍(OUD)的可能性。今天，阿片类药物危机是一个重大的社会、经济和公共卫生问题。本文综述了内源性阿片系统在疼痛中的功能、表达、药理学和调控的文献现状。此外，我们还讨论了内源性阿片类物质系统在使用外源性阿片类物质时的适应，这有助于OUD的发展。最后，我们描述了疼痛、内源性阿片类药物系统和阿片类药物滥用倾向之间的复杂关系，以及在产生更安全、更有效的疼痛疗法方面的潜在进展