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雙光子顯微鏡展示學習涉及大腦的不同區域

發布:laserpulse    |    2020-02-06 23:40    閱讀:1813
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為了探索大腦中學習和記憶的建立方式,約翰·霍普金斯大學醫學院的科學家使用了激光輔助成像工具來監測和測量AMPAR分子的水平,從而有助于在老鼠大腦中的神經元之間發送信息。他們的實驗增加了證據,即基于運動的學習可以發生在大腦的多個區域,即使是通常與運動控制無關的區域。科學家將帶有熒光標簽的編碼DNA的AMPAR注射到小鼠大腦中,并利用電脈沖迫使神經元吸收AMPAR DNA。使用體內雙光子顯微鏡,他們測量了來自標記AMPAR的熒光量。較高數量的熒光表明AMPAR活性和神經元之間的信息傳遞增加,這表明正在學習和建立記憶。

在活小鼠中的某個時間點,品紅色神經元上的AMPA受體呈綠色。 由Richard Roth和Richard Huganir提供。

當小鼠學習如何用爪子抓取食物顆粒時(他們通常用嘴巴完成這項任務),科學家觀察到運動皮層(大腦中控制和移動肌肉的部分區域)的AMPAR活性增加了約20%。實驗表明,視覺皮層中AMPAR活性水平同樣增加。“這很有意義,因為視覺對于運動控制非常重要,”研究員理查德·羅斯(Richard Roth)說。 “因此,我們再次進行了相同的實驗,但這次將燈關閉了。”盡管小鼠學會了如何獲取食物,但是當使用紅外光(對小鼠不可見的波長)進行測量時,視覺皮層中AMPAR活性的增加較小(10%)。羅斯說:“我們相信老鼠的大腦在黑暗中使用了不同的感覺線索來學習運動任務,包括觸覺和嗅覺,從而使這些其他感覺能夠完成。”

研究團隊使用專門的光激活調制器重復實驗,以關閉運動皮層或視覺皮層中的神經元。他們發現光遺傳抑制視覺皮層活動會削弱任務的執行能力。如果訓練小鼠在打開室內燈光的情況下獲得小球,則如果關閉其視覺皮層,他們將無法完成任務。但是,最初訓練在黑暗中抓住小球的小鼠仍然可以完成任務,即使其視覺皮層已關閉。“傳統上,我們認為基于運動的學習僅發生在大腦的運動部分,但是我們的研究和其他研究表明,這種學習并不像我們想象的那么具體。在學習中,還有更多的全腦效應。”Richard Huganir教授說:“科學家應該注視整個大腦,以了解特定的學習類型。” “大腦的不同部分以不同的方式為學習做出了貢獻,研究腦細胞受體可以幫助我們理解其工作原理。”

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