研究表明不同的锥体细胞类型在决策过程中驱动不同的皮层活动模式

大脑的外层称为皮质，由不同类型的神经元组成。神经科学研究表明，这些不同的神经元类型具有不同的功能，但长期以来很难确定这一点，因为无法在生物的大脑中检查和操纵它们。

近年来，遗传技术为研究细胞及其功能开辟了新的可能性。使用其中一些技术，Forschungszentrum Jülich、RWTH Aachen 大学、冷泉港实验室和其他研究所的研究人员仔细检查了不同锥体细胞的功能，这些细胞常见于人类皮层。

他们的发现发表在Nature Neuroscience上，表明不同类型的锥体细胞驱动与不同大脑功能相关的皮层活动模式。该团队的研究建立在他们之前关注皮层 神经元活动的一些工作的基础上。

“我们的论文基于我们早期的一项研究，其中我们使用功能成像来研究清醒的、执行任务的小鼠的整个大脑皮层的活动，”进行这项研究的研究人员之一西蒙·穆索尔 (Simon Musall) 告诉 Medical随心。

“它还基于我们的合作者 Katherine Matho 和 Josh Huang 的一篇论文，该论文引入了新的转基因小鼠品系以靶向特定的神经细胞类型。将两者放在一起使我们能够选择性地研究整个皮层中高度特定的神经元类型的活动，询问它们各自的大规模活动模式是否非常独特并且在功能上专门化，或者更确切地说遵循一些可能由已知皮层区域的功能定义的一般规则。”

在他们的实验中，Musall 和他的同事们首先采用了一种称为宽场钙成像的显微镜技术来观察在整个皮质的特定类型神经元中表达荧光蛋白的转基因小鼠品系。当一个细胞变得活跃时，这种蛋白质会发出绿光，使研究人员能够测量这种光的变化，表明大脑的不同部分何时开始活跃。

随后，该团队测量了小鼠皮层中的荧光。他们使用高度灵敏的摄像系统，以非侵入性方式测量通过清醒小鼠的完整头骨的荧光。

“最值得注意的是，我们发现我们从不同细胞类型观察到的全皮质活动模式非常不同，”Musall 解释说。“这意味着某些大脑区域正在执行特定功能，例如处理感觉输入，但这只有在测量携带此功能的特定细胞类型的活动时才可见。

“相反，这些功能中有许多在非特异性成像数据中是不可见的，因为该区域不同细胞类型的活动混合在一起。对于大多数常规用于人类的大脑成像工具(例如 fMRI)也是如此，其中我们根据耗氧量测量不同大脑区域的活动。”

Musall 和他的同事收集的研究结果描述了小鼠大脑中不同类型的锥体细胞在决策过程中引发的功能不同的皮层活动模式。即使所有细胞似乎都在决策制定中发挥关键作用，但不同类型的细胞表现出不同的选择调整模式。

总的来说，研究人员的研究强调了新显微镜和遗传工具在揭示大脑中不同神经元群的特定功能方面的价值。此外，它表明使用传统和非特异性成像技术获得的大脑活动图只能提供大脑功能多样性的有限视图。

将来，这项研究可能会激发旨在进一步检查大脑皮层中特定神经元群功能的新工作。研究人员的发现还可以为更好地理解人类决策的复杂神经基础铺平道路。

“这些地图中的每一个都可能包含无数更详细的细胞类型特定子地图，这些子地图可以揭示我们仍然不知道的全新活动模式和大脑功能，”Musall 补充道。“到目前为止，我们只使用我们可用的遗传工具研究了最大类的神经元类型。

“我们现在计划结合遗传和解剖学工具以获得更高的特异性，并揭示我们在什么时候获得了更完整的大规模活动模式图，这些活动模式捕获了不同神经元亚型的全部功能范围。”