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Cerebral Cortex:第三军医大学谌小维课题组揭示感知声音世界中时间流逝的研究论文

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摘要 : 2017年6月,国际SCI神经科学期刊《Cerebral Cortex》在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心, 第三军医大学脑科学研究中心谌小维课题组最新研究成果

2017年6月,国际SCI神经科学期刊《Cerebral Cortex》在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心, 第三军医大学脑科学研究中心谌小维课题组最新研究成果“Primary auditory cortex is required for anticipatory motor response.”。研究证实在哺乳动物节律性声音引发的预测行为过程中,初级听觉皮层是必不可少的一个关键节点。第一作者是第三军医大学脑科学研究中心李景程博士生,谌小维和廖祥为共同通讯作者。

所谓“节律性声音预测”指的是基于既往声音刺激中的节律(比如音乐节拍)来预测下一次声音刺激发生的时间点,基于这个预测产生的行为被称为节律性声音预测行为(本文称之为“Echo”)。以往的研究主要集中于解析声音信息本身的神经编码机制,而对于节律性声音预测的神经机制的探究却相对很少,对于节律性声音预测产生相关的行为活动的认识则更少。

该研究运用双光子钙成像、微光纤记录以及光遗传学等实验技术揭示了:1)在节律性声音刺激情况下,小鼠初级听觉皮层第2/3层、第4层和第5层的部分神经元均呈现出预测性反应;2)在习得声音-摄水行为的小鼠中,此预测性信号与小鼠的预测性摄水行为高度相关;3)激活初级听觉皮层的活动,可以诱发出小鼠的预测性摄水行为;4)抑制初级听觉皮层,可以显著抑制小鼠的预测性摄水行为;5)此预测性摄水行为的产生不依赖于听觉丘脑的活动;6)初级听觉皮层预测性信号的产生依赖于皮层神经环路活动,并且,可能起始于其第五层神经元。

总之,该研究证实了初级听觉皮层内局部环路是产生节律性声音预测信号(Echo)以及控制预测行为的重要节点。同时提示初级感觉皮层内可能存在一种短暂存储和传递节律性感觉信息的环路机制。

Cerebral Cortex:第三军医大学谌小维课题组揭示感知声音世界中时间流逝的研究论文
小鼠初级听觉皮层第五层神经元经由腺病毒AAV-Syn-EGFP表达的绿色荧光蛋白所标记,而细胞核则由蓝色的DAPI标记。环绕着第五层神经元树突的时钟暗示着初级听觉皮层可能具有在秒尺度计时的功能。在一串节律性声音刺激过后,初级听觉皮层可预测下一次即将到来的声音,并且引导与之相关的预测性行为应答。这一预测过程可能由初级听觉皮层第五层神经元所启动。

原文链接:

Primary auditory cortex is required for anticipatory motor response

原文摘要:

The ability of the brain to predict future events based on the pattern of recent sensory experience is critical for guiding animal's behavior. Neocortical circuits for ongoing processing of sensory stimuli are extensively studied, but their contributions to the anticipation of upcoming sensory stimuli remain less understood. We, therefore, used in vivo cellular imaging and fiber photometry to record mouse primary auditory cortex to elucidate its role in processing anticipated stimulation. We found neuronal ensembles in layers 2/3, 4, and 5 which were activated in relationship to anticipated sound events following rhythmic stimulation. These neuronal activities correlated with the occurrence of anticipatory motor responses in an auditory learning task. Optogenetic manipulation experiments revealed an essential role of such neuronal activities in producing the anticipatory behavior. These results strongly suggest that the neural circuits of primary sensory cortex are critical for coding predictive information and transforming it into anticipatory motor behavior.

doi:10.1093/cercor/bhx079

作者:谌小维 点击:

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