Nature Communications | 唐世明课题组揭示V1神经元树突输入的精细时空功能图谱
2020年2月4日,《自然·通讯》(Nature Communications)在线发表了北大生命科学学院、北大麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心唐世明课题组的研究论文:Spatiotemporal functional organization of excitatory synaptic inputs onto macaque V1 neurons(猕猴初级视觉皮层(V1)神经元树突上兴奋性输入的时空功能组织)。该研究借助于新型谷氨酸探针iGluSnFR,实现了对清醒猕猴大脑皮层神经元的双光子树突成像,并获得了单个V1神经元树突上兴奋性输入的精细时空功能图谱。
神经元作为神经系统最基本的计算单元,从它们的树突上接收信号的输入。单个神经元可以通过树突棘接收数以千计甚至数十万的突触前输入,加上树突的复杂几何构型以及其多样化的生理特性,使神经元具有对其输入信号进行复杂计算的能力 (Stuart and Spruston, 2015)。从上世纪末本世纪初开始,树突整合机制的相关研究已经逐步开展,这些研究采用离体的膜片钳记录手段和胞内记录,对单个神经元树突上突触输入的整合方式及其生理基础进行了有效且深入的探索 (Cash and Yuste, 1999 , Polsky et al., 2004)。树突上输入信号的线性与非线性整合,以及输入时间序列在树突计算中承载的重要作用等结果的发现,不断加深和拓展了我们对神经元树突功能的认知 (Larkum et al., 1999 , Branco et al., 2010)。然而,离体的单细胞或是脑片实验终究无法模拟真实的神经网络所承载的生理功能,如各类体觉感知以及高级认知。为了揭示树突整合机制所承载的功能效应,研究者们同样借助于传统却高保真的电生理技术手段进行了一系列的在体研究,进一步解释了树突活动对皮层功能的影响,例如视觉系统中的朝向和运动方向选择性 (Smith et al., 2013 , Wilson et al., 2018)。即便如此,传统的电生理手段仍极大地受限于其采样量和空间分辨率的大小,致使其在树突相关研究中的实用性远远无法满足该领域的诉求。