驱动大脑节律使老鼠对触摸更加敏感

布朗大学的神经科学家在报告中指出，通过在正确的时间在正确的大脑区域激发正确的节奏自然神经科学他们设法赋予小鼠比其他小鼠更强的触觉敏感性，使难以感知的振动突然变得更加生动。

这一发现首次提供了直接证据，证明大脑皮层中的“伽马”脑电波会影响感知和注意力。以前只有相关和关联作为证据，神经科学家已经争论了多年，关于伽马是否有重要作用，还是仅仅是一种副产物——用其中一种大脑活动的话说就是“废气”。

“伽马节律在行为中的重要性令人兴奋，但也有很多怀疑，”联合主要作者约书亚·西格尔(Joshua Siegle)说，他曾是布朗大学和麻省理工学院的研究生，现在在艾伦神经科学研究所工作。“我们没有尝试将伽马节律的变化与行为的变化联系起来，这是研究人员过去所做的，我们选择直接控制产生伽马的细胞。”

结果是，长有胡须的老鼠的灵敏度提高了20%左右。

布朗大学神经科学副教授、该研究的资深作者克里斯托弗·摩尔(Christopher Moore)说:“这个实验有很多可能会失败的地方，但令我们惊讶的是，从我们研究的第一个对象开始，它就非常具有决定性——在某些条件下，我们可以制造出一只超感知能力的老鼠。”“我们让一只老鼠做得比另一只老鼠做得更好。”

具体来说，Moore和共同第一作者Siegle和Dominique Pritchett通过光遗传学(一种利用光来控制神经元放电模式的技术)进行了他们的实验，通过操纵初级感觉中的抑制性中间神经元来产生伽马节律大脑皮层的老鼠。这部分大脑控制着老鼠通过胡须探测微弱感觉的能力。

摩尔说，大脑的不同部分处理更强烈、更强烈的感觉。初级感觉新皮层是哺乳动物的一个特殊特征，它的特点是使动物有意识地注意到更微妙的感觉。这就像用指尖沿着木板轻轻刷来评估它是否需要更多打磨的感觉和把木板扔在脚上的感觉之间的区别。

在论文的其他内容之前，研究人员证实，小鼠的感觉新皮层有时会自然地产生40赫兹的伽马节律。然后，他们用精确的蓝光脉冲产生了伽马节奏。与大脑中没有这种节奏的老鼠相比，有这种节奏的老鼠更容易察觉到研究人员提供给它们胡须的微弱振动。

对照组和受光基因刺激的小鼠都已经习惯了通过舔水瓶来表示它们对供应刺激的检测。提供给小鼠的振动覆盖了17个不同的可探测性水平。

该团队的假设是，受刺激神经元的伽马节律，因为它们以结构化的周期性抑制了新皮层中金字塔神经元对感觉信息的传递，实际上是将金字塔信息排列成一个更连贯、因此更强的序列。

西格尔说:“这些同步爆发的活动有利于信号传递，这并不奇怪，就像人群中同步鼓掌比随机鼓掌更响亮一样。”

这一观点表明，节奏的时机很重要。

因此，在另一个实验中，西格尔、普里切特和摩尔改变了伽马节律的起始时间，每增加5毫秒，以观察它是否会对感知产生影响。它做到了。只有当伽马节律在微妙的感觉出现前20-25毫秒时，小鼠才表现出灵敏度的提高。如果没有，老鼠的敏感度平均没有受到影响。

摩尔说，这一发现对神经科学的关键意义之一是，伽马节律似乎是构建感知过程的方式，比感觉新皮层中神经元的放电速率更重要。老鼠的感觉能力变得更好，不是因为神经元变得更活跃了(它们没有)，而是因为它们受到了精确定时的节奏的约束。

摩尔承认，尽管这项研究提供了伽马节律功能重要性的因果证据，但它仍然留下了一些重要的问题。伽马节律影响感觉处理和注意力的确切机制还没有得到证实，只是假设。

在一个实验中，光基因刺激老鼠即使他们对更微妙的感觉变得更加敏感，但他们对最明显和最强烈的感觉的察觉能力却有所下降。然而，在其他实验中，他们对主要感觉的检测并没有受到影响。

普里切特说，对容易感受到的刺激可能会失去敏感性，这可能与注意力转向较弱的刺激是一致的。普里切特也是前布朗大学和麻省理工学院的学生，目前在葡萄牙里斯本的尚帕利莫未知中心工作。

“我们所展示的是，矛盾的是，有节奏的抑制输入可以放大阈值刺激，可能是以牺牲显著刺激为代价的，”他说。“这正是你从一种可能负责大脑选择性注意力的机制中所期望的。”

因此，西格尔、普里切特和摩尔说，他们现在对大脑中正在发生的事情有了更好的感觉。

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