新技术破译了控制灵长类动物大脑执行功能的机制
人类的大脑是一个奇妙而神秘的器官，它帮助我们有效地处理多项任务，帮助我们度过漫长的一天。这种被称为执行功能的特征，使我们这样的灵长类动物处于进化的顶峰。因此，一想到因为事故或疾病而失去大脑中壮观的神经信息流，人们就会感到不安。在这种不幸的情况下，要使大脑恢复到之前的工作状态，也就是重新启动大脑，就需要更好地理解依赖于工作记忆和决策的特定神经通路——这两个重要的执行功能。
为了实现这一目标，来自日本国家量子与放射科学与技术研究所(QST)的一组研究人员开发了一种他们称为“成像引导的化学遗传突触沉默”的技术，来破译涉及高阶执行功能的特定神经通路。发表在科学的进步他们现在报告说，他们成功地利用这种技术描绘出了与工作记忆和决策有关的特定神经通路。
该研究小组由昆士兰大学功能脑成像系的Takafumi Minamimoto博士领导，专注于研究猴子大脑前额叶皮层(dlPFC)的背外侧部分，并应用他们的技术，进一步识别出感兴趣的神经通路。他们选择这个大脑区域是因为它部分负责控制执行功能，而且只在灵长类动物中存在。
重要的是，dlPFC的作用由尾状背核(dCD)和外侧背内侧丘脑(MDl)等脑区支持。关于这种错综复杂的联系，该研究的第一作者大山圭博士说:“众所周知，灵长类动物的前额叶皮层(PFC)，尤其是它的背外侧部分，是高阶执行功能的中心;这在灵长类动物中是独一无二的，是它们独特认知能力的基础。然而，这些功能并不仅仅依赖于dlPFC神经元，还依赖于它们与皮层下结构的协同作用，包括尾状背核(dCD)和外侧背内侧丘脑(MDl)。”
接下来，研究人员想要确定工作记忆和决策的机制。考虑到dlPFC、MDI和dCD神经元是连接的，他们选择性地沉默特定的神经元突触，以干扰信息的流动，以实现dlPFC-dCD和dlPFC- mdl投影，要么单侧(只涉及大脑的一侧)，要么双侧(涉及两边)。他们让dlPFC神经元表达专由设计药物激活的设计受体(DREADDs)。此外，研究人员还分析了参与研究的猴子的行为变化，以了解化学基因沉默的影响。
有趣的是，研究人员观察到，沉默猴子的双侧dlPFC-MDl投影，而不是dlPFC-dCD投影，会导致与周围环境相关的工作记忆出现问题。相反，沉默他们的单侧dlPFC-dCD预测，但不沉默他们的单侧dlPFC-MDl预测，改变了他们的决策偏好。这些结果表明，大脑的两种高级功能——工作记忆和决策——是由连接特定大脑区域的不同神经通路控制的。
总的来说，这项研究为进一步探索复杂的灵长类动物大脑奠定了基础。大山博士说:“很多精神疾病，包括抑郁，被认为与通过特定大脑区域之间的神经回路传递神经信息的紊乱有关。我们的发现有望加深我们对精神障碍的理解，并导致治疗和补救方法的发现。在我们的研究中，新技术的成功开发将成为下一代研究灵长类动物大脑功能的关键技术，这将极大地加深我们对高等-机制的理解，对生活的广泛领域做出贡献大脑功能。”
进一步探索
