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灵长类动物前额叶皮质发育过程中神经元成熟的多模态分析
Yu Gao 1 †, Qiping Dong 1 †, Kalpana Hanthanan Arachchilage 1,2 †, Ryan D. Risgaard 1 , Jie Sheng 1,2 , Moosa Syed 1 , Danielle K. Schmidt 1 , Ting Jin 1,2 , Shuang Liu 1 , Dan Doherty 2 , Ian Glass 2 , Birth Defects Research Laboratory 3 , Jon E. Levine 4,5 , Daifeng Wang 1,2,6 *, Qiang Chang 1,7,8 *, Xinyu Zhao 1,4 *, André M. M. Sousa 1,4 *
前额叶皮质
根据细胞大小和类型以及各个皮质层中神经元排列的差异，例如细胞密度、某些层的存在或缺失以及层的相对厚度的差异，大脑皮质可分为几个不同的细胞结构区域。第一张完整的细胞结构图是 Campbell (1905) 的图，他将人类大脑皮质划分为几个一般区域，以及 Brodmann (1905) 发表的猴 (Cercopithecus) 大脑皮质图。不久之后，Brodmann (1908、1909、1914) 发表了他著名的人类大脑皮质图。在 Brodmann 的图中，几个皮质区域被识别并用不同的数字标记（图 1 A 和 2 A）。 1925 年， Economo 和 Koskinas 发表了人类大脑皮层的主要图谱，其中不同的结构区域用字母标记（图 1B），并提供了不同区域的详细描述和出色的显微照片。20 世纪 50 年代，出现了 Bailey 和 Bonin（1951 年）以及 Sarkissov 等人（1955 年）的地图，后一张地图是基于对多个大脑的检查而对 Brodmann 图进行的修改。各种地图都侧重于人类额叶的细胞结构，例如 Sanides（1962 年）的地图、Beck（1949 年）的眶额区地图、Rajkowska 和 Goldman-Rakic（1995 年）的背外侧额区 9 和 46 、Amunts 等人的布罗卡区。 （1999），区域 10 和 13 由 Semendeferi 等人（1998、2001）描述。除了上述细胞结构研究外，一些研究者还根据髓鞘（Vogt，1910；Vogt 和 Vogt，1919）或色素结构（Braak，1979）描述了大脑皮层的结构。在 20 世纪 80 年代现代功能性神经成像出现之前，对人类大脑皮层的结构研究兴趣相对有限。最初用正电子发射断层扫描（PET），稍后用功能性磁共振成像（fMRI）证明可以检测到与运动和认知表现各个方面相关的皮层活动的局部变化，这需要立体定位图来描述这些变化的位置并识别其中的细胞结构区域
背外侧前额皮质经颅磁刺激可增加后 θ 波节律并减少运动想象的延迟
摘要：实验表明，在运动想象 (MI) 任务中，左背外侧前额叶皮层 (DLPFC) 被激活，但其功能作用需要进一步研究。在这里，我们通过对左侧 DLPFC 施加重复经颅磁刺激 (rTMS) 并评估其对大脑活动和 MI 反应潜伏期的影响来解决这个问题。这是一项随机、假对照的 EEG 研究。参与者被随机分配接受假刺激 (15 名受试者) 或真实高频 rTMS (15 名受试者)。我们进行了 EEG 传感器级、源级和连接分析，以评估 rTMS 的影响。我们发现，对左侧 DLPFC 的兴奋性刺激通过它们之间的功能连接增加了右侧楔前叶 (PrecuneusR) 的 θ 波段功率。楔前叶 θ 波段功率与 MI 反应的潜伏期呈负相关，因此 rTMS 加快了 50% 参与者的反应。我们假设后部 θ 波段功率反映了感觉处理的注意力调节；因此，高功率可能表示注意力处理并导致更快的反应。
缺乏与前额叶皮层和小脑的关联，可能与ASD
自闭症谱系障碍（ASD）已被广泛认为是一种复杂的神经发育障碍，其特征是在生命早期开始出现的社会效力和沟通词。虽然ASD的神经机制仍然难以捉摸，但来自磁共振成像（MRI）研究的一致且鲁棒的发现表明，ASD个体中脑结构的非典型和动态神经发育轨迹，即早期的大脑早期生长和较慢的大脑发育较晚（1-4）。实际上，在横断面（5-9）和纵向研究（10）中，来自多个独立样本的发现，支持了2-6岁ASD年龄2至6岁的幼儿的早期大脑过度生长理论。此外，许多研究表明，ASD儿童的早期大脑过度生长异常，大脑区域范围广泛。一项荟萃分析报告说，右角回，右下角的颞下回（ITG），左上和中额回，左侧和左前回，左下角，左下角和左下胸部回去（11），ASD患有明显的灰质（GM）体积显着增加（GM）体积。另一项荟萃分析报告说，双侧梭形回，右扣带回和岛的GM体积增加，患有ASD的儿童和青少年（12）。最近对一群ASD 3-7岁儿童的一项研究发现，左颞回和左中心回和左中心回的GM体积较大（8）。但是，与对照组相比，一些研究发现ASD的幼儿的总脑部或区域脑体积没有差异（13-16）。例如，Retico等人的研究。Wang等。Wang等。这些差异可能是由于样本大小，年龄范围和人群的不同，因此仍然需要进一步的研究来阐明ASD幼儿的基本神经解剖学基础。有人提出，ASD是一种产前多阶段的多阶段多疾病，始于第一个孕期，在第二和第三个三个阶段以及产后阶段（17，18）继续进行，因此从一开始就导致语言和社会能力的非典型轨迹。的确，与典型发展的（TD）幼儿和ASD儿童相比，语言结果较差的ASD儿童具有非典型的皮质模式，这可以在生命的第一年中识别出来（19）。还发现早期语言和社会定义的神经相关性与语言相关区域之间的异常杂膜间功能连通性有关（20），语言区域的神经激活减少（21 - 23）以及默认模式网络和视觉网络之间的异常连接模式（24，24，25）。尽管证据仍然有限，但一些研究检查了ASD幼儿非典型大脑结构的行为相关性。（16）鉴定出双侧上额回，双侧上颞回和双侧前后的GM体积增加，但是这些GM体积变化与ASD症状的严重程度并不相关。（8）研究了ASD患有ASD的幼儿的大脑结构改变与核心症状之间的关系，但没有发现改变大脑区域的GM体积与ASD症状的严重程度之间的任何显着相关性。使用变化的大脑区域作为种子区域进行功能连通性分析时，连通性程度
利用前额叶-海马体 θ 同步来增强记忆引导选择
工作记忆与前额叶-海马振荡同步相关，但同步大脑节律的内源性模式是否可用于影响未来选择仍不得而知。在这里，我们开发了一个脑机接口，用于检测强和弱的 θ 同步状态，以进行任务和神经操控。强前额叶-海马 θ 相干性状态的特点是前额叶 θ 节律增强，并用于增强记忆引导的选择。在后续实验和分析中，我们表明强前额叶-海马 θ 相干性与任务参与、前额叶神经元对腹中线丘脑 θ 的相位调制以及一组选定神经元的兴奋性增强有关。通过对腹中线丘脑的光遗传学操控，我们产生了前额叶 θ 节律并增强了前额叶-海马振荡同步性。这些实验表明，前额叶-海马振荡同步可用于偏向记忆引导的选择，并为通过连贯性假设进行交流提供支持证据。
改变了母体免疫激活的非人类灵长类动物的背外侧前额叶前额叶皮层的改变
怀孕期间感染病毒或细菌感染的女性患有神经发育或精神疾病的儿童的风险增加。母体免疫反应可能介导了母体感染的作用，因为临床前动物模型已经证实，母体免疫激活（MIA）会导致后代大脑和行为发展的持久变化。本研究试图确定头三个月期间的MIA暴露于背外侧前额叶皮层（DLPFC）（DLPFC）中的神经元形态和从MIA暴露和对照的男性rheSus Monkey（Macaca Mulatta）获得的脑组织中的脑组织。相对于对照组，在DLPFC上和上层中，Div> MIA暴露的后代显示了在DLPFC上和上层中锥体细胞中的神经元树突分支增加，在第一和第二学期暴露于孕产妇感染的后代之间没有显着差异。此外，与对照相对于对照的MIA阳离子后代，DLPFC额叶层中根尖树突的直径显着降低，而与三个月暴露不利。相比之下，暴露于MIA的后代的海马神经元形态的改变并不明显。这些发现表明母体免疫
虚拟导航过程中灵长类动物外侧前额叶皮质神经活动的空间位置解码
1 渥太华大学大脑和思维研究所，加拿大安大略省渥太华 2 渥太华医院研究所，加拿大安大略省渥太华 3 伦敦健康科学中心临床神经科学系，西部大学，加拿大安大略省伦敦 4 西部大学西部神经科学研究所，加拿大安大略省伦敦 5 西部大学舒立克医学和牙科学院生理学和药理学系，加拿大安大略省伦敦 6 哥伦比亚大学扎克曼思维大脑行为研究所，美国纽约州纽约 7 哥伦比亚大学理论神经科学中心，美国纽约州纽约 8 西部大学舒立克医学和牙科学院生理学、药理学和精神病学系，加拿大安大略省伦敦 9 渥太华医院研究所神经外科分部，加拿大安大略省渥太华 * 任何通讯均应寄给作者。
通过使用深部经颅磁刺激 (Deep TMS) 针对外侧或内侧前额叶皮层，寻求抑郁症的个性化治疗
为了获得个性化治疗的先验标记，反复试验法通常用于药物或其他抗抑郁治疗（5）。经颅磁刺激（TMS）是一种安全且耐受性良好的干预措施，已被广泛研究用于治疗重度抑郁症（MDD），有超过 150 项随机对照试验（RCT），并在许多荟萃分析中证实了其疗效（6）。值得注意的是，针对外侧前额叶皮质（LPFC）的 TMS 被认为是治疗难治性抑郁症的一种选择，使用 8 字形线圈的传统 TMS 和使用 H1 线圈协议的深部 TMS 均在大型多中心 RCT 之后获得 FDA 批准（7, 8）。经过这些治疗，25%–35% 的药物难治性抑郁症患者病情缓解（大部分无症状），另外 15%–25% 的患者有反应（症状减少超过 50%）（6）。同样，个性化医疗的先验标记尚未确定，而既定的 LPFC 刺激治疗模式可能无意中分散了对寻找替代有效靶点的注意力（9）。LPFC 只是在有效神经刺激治疗抑郁症的常见脑回路中确定的靶点之一（10），不同的靶点可能对治疗患有不同亚综合征（11）的患者更有效，这些亚综合征对应于不同的大脑活动功能障碍模式（4）。因此，针对其他大脑区域的刺激方案可能对某些患者有益。最近，内侧前额叶皮质（MPFC）以及前扣带皮层（ACC）被认为是深部 TMS 治疗 MDD 的有希望的替代靶点，因为它们与奖励、情绪、心情和习惯有关（9、12、13）。已知 ACC 有直接兴奋性谷氨酸能投射到腹侧纹状体，最近的一项研究发现，奖赏相关的 MPFC-纹状体连接与抑郁症状严重程度增加之间存在负相关性 (14) 。此外，与健康对照组相比，MPFC 和 ACC 是 MDD 患者灰质减少最一致的区域 (15) 。几项未包括假对照组的研究获得了刺激 MPFC 疗效的初步证据 (16–19) 。在这些研究中，总共 482 名 MDD 患者接受了 D-B80 线圈（一种有角度的 8 字形线圈）的传统 TMS 治疗，加权平均反应率和缓解率分别为 41.4% 和 31.5%。一项假刺激对照研究 (20) 发现，在治疗结束时（第 3 周），D-B80 线圈 (n = 13) 的效果显著优于 8 字形线圈 (n = 15)，但 D-B80 与假刺激 (n = 12) 相比没有显著效果。此外，深部 TMS H7 线圈的目标是 MPFC 和 ACC，与 D-B80 线圈相比，它刺激的脑容量明显更深、更广 (21)。虽然 H7 线圈主要用于治疗强迫症 (OCD) (22)，但最近的初步结果表明，它也可对深部 TMS H1 线圈治疗失败的 MDD 患者产生显著的抗抑郁作用 (23)。
发展前额叶皮层的活性是由睡眠和感觉体验
摘要在发育中的大鼠中，行为状态对整个感觉运动系统的神经活动产生了深远的调节影响，包括原发性运动皮层（M1）。我们假设在前额叶皮质区域中发生了相似的状态依赖性调制，其中M1形成功能连接。在这里，使用8个和12天大的大鼠在睡眠和唤醒之间自由循环，我们记录了M1，次级运动皮层（M2）和内侧前额叶皮层（MPFC）中的神经活动。在这三个地区的两个年龄中，与唤醒相比，在活跃睡眠期间的神经活动增加（AS）。也，无论行为状态如何，在四肢移动的时期，所有三个区域的神经活动都会增加。像M1一样，M2和MPFC中的运动相关活性是由感觉反馈驱动的。我们的结果与使用麻醉幼崽的先前研究的结果不同，表明AS依赖性调节和感觉响应性扩展到前额叶皮层。这些发现扩大了塑造高阶皮质区域活动发展的可能因素的范围。
左前额叶皮层确定编码时的相关性，并控制情节记忆形成
在前额叶皮层中的角色半球横向效果一般而言，尤其是情感上的信息，尤其是具有情感上的信息。在随机，双盲和虚假对照的设计中，健康的年轻参与者（n = 254）进行了2次编码，以分类感知，语义或情感上的价值（正面或负面）单词的特征（正面或负面），随后是免费召回和识别任务。为了解决每个半球贡献的竞争假设，我们使用经颅直流电流刺激在编码过程中调节了左或右背外侧前额叶皮层（DLPFC）活性（1 MA，20分钟）。刺激了左DLPFC，但不是右DLPFC，编码和自由召回性能的改进，特别是对于在语义上进行处理的单词，尤其是对左DLPFC的刺激。此外，增强左DLPFC活性增加了积极含量的内存形成，同时减少了负含量的含量。相比之下，促进右DLPFC活性增加了负含量的记忆形成。左DLPFC评估编码时新内存内容的语义特性，从而影响成功的新情节记忆。半球后期（更活跃的左DLPFC和较不活跃的右DLPFC）在编码阶段会移动内存痕迹的形成，而有利于正面价值的内容。