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研究人员发现了调节鸟鸣的生物钟

宾夕法尼亚大学公园-一项新的研究表明,鸟类复杂歌曲的准确时机部分由连接鸟类大脑神经元的“导线”所经常忽略。来自宾夕法尼亚州立大学和纽约大学的一组研究人员对一个重要的“生物钟”进行了解构,该钟调节鸟鸣和其他行为,从而产生了思考神经网络功能的新方法。

宾州州立大学物理学副教授,论文作者德哲·金说:“许多复杂的,习得的行为,例如打高尔夫球或拉小提琴,都需要在神经发射水平上精确地计时。”“但是,大脑如何以这种精确的方式无缝地调节我们的肌肉尚不清楚。在这项研究中,我们基于多年的实验观察结果创建了一个模型,该模型表明神经元回路内的延迟在其放电时机中起关键作用。然后,我们确定了连接神经元的电线或轴突的延迟来源。”

在10月15日发表在《Cell》杂志上的一篇论文中,Jin和同事们使用斑马雀雀解决了行为计时问题,斑马雀是一种澳大利亚小鸟​​,能够用大师级乐器演奏者的技巧学习求爱歌曲。为了实现这种声音显示,雀科在他们的大脑中有一个专用的“时钟”(称为HVC)来调节歌曲的时间。在HVC中,成群的神经元以与歌曲的演奏相对应的可预测序列触发。

纽约大学医学院的博士后研究员,这项研究的主要作者罗伯特·艾格说:“ HVC通常被认为是时钟,因为它控制着非常复杂的运动-这首歌-精确的定时至关重要。”“我们使用最先进的方法来测量歌唱过程中HVC内多达70个神经元的同时活动。过去,我们必须逐个测量每个神经元,并使它们的活动与歌曲保持一致。”

为了探索电路的精确度,Jin和他的研究生Eugene Tupikov开发了一系列描述神经元电路的大规模计算模型。在一种情况下,一组神经元在同一时间触发,从而触发了下一个神经元在同一时间触发,从而触发了下一组神经元,例如下降的多米诺骨牌,被研究人员称为synfire链。在替代模型中,导线延迟会导致神经元在稍有不同的时间触发。结果是时钟更精确。

纽约大学医学院神经科学和生理学副教授,该论文的相应作者迈克尔·朗说:“我们过去常常将每组神经元一起发射是秒针的一个单独的,离散的滴答声。”“但是实际上,我们看到的更像是一只秒针,可以平稳连续地移动。导线之间的延迟分布可以提供更高的分辨率,因为您没有得到这些刻度点。”

研究小组发现电路中的延迟分布很广,这意味着某些信号会很快到达其他神经元,而有些信号则需要更长的时间。

“我们知道神经回路的延迟在很长的距离内很重要,但是在局部回路中,它们被认为可以忽略不计,因此常常被忽略,”领导建模工作的金说。“这些结果表明,轴突在神经元回路的时序中起着至关重要的作用,应纳入未来的模型中。”

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