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关于大脑中继过程的新研究可以指导某些脑部疾病的治疗

新研究表明,细胞在丘脑内收集的数据比以往认为的要多,丘脑是大脑中感觉和运动能力的中继站。这可能会改变药物治疗精神分裂症、癫痫和其他脑部疾病的方式。

我们的大脑负责协调和解释我们每天认为理所当然的许多行为,从走路和跑步到视觉和听觉。为了协调通过大脑发射的感觉和运动信号需要某种中继站,在这种情况下,是丘脑,大约位于中脑的两个小叶。

丘脑内的神经元传统上很难研究,但了解它们如何帮助接收和传输感觉和运动技能的重要信号可能有一天会为患有某些脑部疾病的人带来新的医疗保健。

“阿贡的工具帮助我们发现了这种我们在其他情况下永远不会看到的融合,”阿贡国家实验室生物科学的阿贡常驻助理 Vandana Sampathkumar 说

芝加哥大学和美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室的研究人员进行的一项新工作揭示了丘脑中以前未被发现的感觉和运动信息的融合或合并,这可能使科学更接近这一目标。治疗。

科学家认为丘脑有助于传递感觉和运动信号并调节意识和警觉性。但这项新研究揭示了丘脑如何接收不同类型的信息并将其传递到皮层的所有部分的复杂性。

该团队的研究发表在《 美国国家科学院院刊》上。

为了开发这种更具包容性的丘脑作用图景,该团队依靠来自各种科学领域的工具,包括遗传学、病毒学、分子生物学和微生物学,以及各种成像技术。

“阿贡的工具帮助我们发现了这种我们在其他情况下永远不会看到的融合,”阿贡生物科学部门的神经生物学家、芝加哥大学的博士后学者 Vandana Sampathkumar 说。

该团队使用电子显微镜从小鼠大脑中收集了数千张图像。图像以数字方式重新组装或拼接到本地桌面上,然后在 Argonne 的可视化计算机 Cooley 上对齐,以进行 3D 重建。

“我们假设细胞从一个地方接收信息,并将该信息以最小的改变发送到另一个地方。但事实上,情况并非如此,”Sampathkumar 说。“有数量惊人的细胞接收来自不同地方的信息,并在传递之前进行整合。”

它有“许多凌乱、复杂的不同输入和输出,”芝加哥大学神经科学专业学生、团队成员 Andrew J. Miller-Hansen 补充道。

通过图像重建,该团队发现单个神经元可以合并来自皮层不同区域的信号。例如,丘脑后内侧核 (Pom) 区域中的单个神经元可以接收感觉和运动信息。他们还确定 POm 神经元从未知来源接收类似的输入,“表明信息的整合程度甚至比我们的数据直接显示的还要多,”论文指出。

“我们对感觉和运动信息如何整合到丘脑中的理解对于了解信息在大脑中的一般流动方式非常重要,”Miller-Hansen 说。“我们想知道这种融合模式是否特定于感觉和运动整合,或者它是否是支持大脑中其他形式整合的常见电路模式。”

通过阐明丘脑神经元的处理和信号传递能力,这一新信息可以帮助找到治疗精神分裂症、某些形式的癫痫症和其他脑部疾病的方法,这些疾病的丘脑功能障碍似乎与临床问题有关。

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