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通过对人皮层的图案微刺激的触觉边缘和运动
11 Shirley Ryan能力实验室，伊利诺伊州芝加哥。¥对应：vallegiacomo@gmail.com†体感皮质的同等贡献的心理内微刺激（ICMS）会唤起触觉感觉，可以通过改变电极和刺激参数1-3来系统地操纵其位置和特性。这种现象可用于从脑控制的仿生手传达有关对象相互作用的反馈。但是，ICMS当前提供了艰巨的触摸感，限制了灵巧的对象操纵和对神经假体系统的有意识体验。利用我们对S1 4,5中这些感官特征如何编码的理解，我们试图扩展基于ICMS的人工触摸的曲目，以提供有关瘫痪者中对象的局部几何形状和运动的信息。首先，我们通过多个空间图案的电极同时传递了ICM，采用了对齐投影场（PFS）的特定布置。未提及的参与者报告了边缘的感觉。接下来，我们创建了更复杂的PFS，发现参与者可以直观地感知任意触觉形状和皮肤压痕模式。通过依次通过具有空间不连续的PF的电极传递图案化的ICM，我们甚至可以唤起整个皮肤的运动感觉，即我们能够系统地操纵的方向和速度。我们得出的结论是，受我们对S1中触觉编码的理解启发的ICM的适当时空图案可以引起复杂的感觉。我们的发现有助于推动人造触摸的界限，从而丰富了参与者的有意识的感觉体验，从简单的人造知觉到模仿自然触摸的高度信息的感觉。
大鼠运动皮层脑电极界面的空间转录组学研究
研究异物对大脑植入电极的反应是未来神经假体和实验电生理学发展的一个重要研究领域。在大脑中植入电极后，小胶质细胞活化、反应性星形胶质增生和神经元细胞死亡会在电极周围形成一个与稳态截然不同的环境。为了揭示可能影响设备功能和寿命的生理变化，在这项初步研究中实施了空间转录组学，以确定由电极植入引起的基因表达变化。这种 RNA 测序技术 (10x Genomics, Visium) 使用显微镜载玻片上的空间编码、RNA 结合寡核苷酸来空间识别每个测序读数。对于这些实验，植入密歇根式硅电极的大鼠运动皮层切片被安装在 Visium 载玻片上进行处理。每个组织切片都使用免疫组织化学标记神经元和星形胶质细胞，以提供相对于设备道映射每个测序读数的空间参考。植入后 24 小时、1 周和 6 周，大鼠运动皮层的结果显示，植入和非植入组织切片之间存在多达 5811 个差异表达基因。这些基因中有许多与之前在异物对植入电极反应的研究中报告的生物机制有关，而其他基因则是本研究中的新发现。这些结果将为未来的工作奠定基础，以改进和衡量基因表达对大脑植入电极记录长期稳定性的影响。随着我们对大脑在电极植入后发生的动态分子变化有了更好的了解，正在进行的工作将扩大这些初步观察。
初级体感皮层第 2 区编码整个手臂的运动
摘要 本体感觉，即对身体位置、运动和相关力量的感觉，尽管在运动中起着至关重要的作用，但仍未得到充分理解。大多数对体感皮层本体感觉区域 2 的研究只是将神经元活动与手在空间中的运动进行比较。使用运动跟踪，我们试图通过描述 2 区活动与整个手臂运动的关系来阐述这种关系。我们发现，与经典模型不同，整个手臂模型成功地预测了猴子在两个工作空间中伸手触及目标时神经活动特征的变化。然而，当我们随后在主动和被动运动中评估这个整个手臂模型时，我们发现许多神经元在两种条件下都不能一致地代表整个手臂。这些结果表明 1) 2 区中的神经活动包括伸手过程中整个手臂的代表，2) 这些神经元中的许多在主动和被动运动期间以不同的方式代表肢体状态。
以纳米级分辨率重建的人类大脑皮层千万亿像素碎片
原理：获取人类神经回路的一个关键障碍是获取高质量的人脑组织。器官活检为许多人体器官系统提供了有价值的信息，但除了检查或切除肿瘤肿块外，很少在脑部进行活检，因此大多数活检对于研究正常的人类大脑结构都有问题。一种尝试是使用由人类细胞制成的脑器官，但目前，它们并不接近脑组织的结构（例如，不存在皮质层）。一种直接的方法是绘制神经外科手术后获得的人类标本中的细胞和回路，以用于神经系统疾病，在这种疾病中，皮质的某些部分会被丢弃，因为它们会阻碍进入病理部位。我们假设，神经外科手术的副产品——人脑组织——可以用来研究正常的——以及最终紊乱的——人类神经回路。
一种保守的分子逻辑，用于神经发生对脑皮质中神经胶质发生的开关
在发育过程中，脑皮质中的神经干细胞（也称为径向神经胶质细胞（RGC））产生兴奋性神经元，然后产生迁移到嗅球（OB）的皮质大型神经元和抑制性神经元。了解这种谱系开关的机制对于揭示如何控制适当数量的不同神经元和神经胶质细胞类型的基础。我们和其他人最近表明，声音刺猬（SHH）信号传导促进了皮质RGC谱系开关以生成皮质少突胶质细胞和OB中间神经元。在此过程中，皮质RGC会产生中间祖细胞，以表达关键的神经胶质发生基因ASCL1，EGFR和OLIG2。EGFR +和Olig2 +皮质祖细胞的ASCL1表达和外观增加与从兴奋性神经发生转变为皮质中的神经胶质发生和OB间神经元神经发生。虽然SHH信号促进了发育中的脊髓中的Olig2表达，但该转录调节的确切机制尚不清楚。此外，尚未探索Olig2和EGFR的转录调节。在这里，我们表明，在皮质祖细胞中，包括PAX6和GLI3在内的多个调节程序，可以防止早熟表达Olig2，这是生产皮质少突胶质细胞和星形胶质细胞的基因。我们确定了控制皮质祖细胞中Olig2表达的多个增强剂，并表明调节olig2表达的机制在小鼠和人之间是保守的。我们的研究揭示了控制皮质神经干细胞谱系转换的进化保守的调节逻辑。
人类体感皮质有助于编码新学习的运动
最近的研究表明，体感皮层参与运动学习和保留率。但是，其贡献的性质尚不清楚。一种可能性是，运动过程在运动过程中暂时参与。或者，可能会有持久的学习 - 相关的变化，这将表明在学习运动的编码中有感觉参与。这些可能性是通过在学习后破坏体感皮质来解散的，从而针对学习可能发生的相关变化。如果对体感皮质的变化有助于保留，这实际上意味着新学习的运动的各个方面是在那里编码的，那么一旦学习完成，该领域的瓦解就会导致损害。参与者在接收旋转的视觉反馈时进行了动作培训。将原发性运动皮层（M1）和一级体感皮质（S1）靶向连续的theta爆发刺激，而枕皮层的刺激则用作对照。使用主动运动繁殖或识别测试评估保留率，该测试涉及机器人产生的被动运动。体感皮质的破坏在两次测试中都会导致运动记忆受损。抑制运动皮层对保留没有影响，如对照和运动皮层条件中可比的保留水平所示。效果是在学习具体的。在训练后，将刺激应用于S1时，并没有改变反馈，运动方向，主要因变量。因此，体感皮层是有助于保留的电路的一部分，与新知识的运动（可能学习）的各个方面 - 更新的感觉状态（新的感官目标）可能用于指导运动，可以在那里编码。
可抓取的食物和工具在Visual Cortex中引起类似的反应
图1。主要刺激和行为结果。（a）行为任务中使用的48个对象图像和与事件相关的fMRI运行。图像由六种对象类型的8个示例组成：食品，食品工具，其他工具，自我工具，可操作的物体和动物。示例具有两种广泛的长宽比（深色颜色=较高的纵横比；较浅的颜色=较低的纵横比），并且在对象类型之间具有可变的，匹配的方向。（b）针对对象类型三重态任务的组平均RDM和2D MDS解决方案。（c）组的RDM和2D MDS解决方案，用于对象形状三重态任务。对于（b）an（c）Spearman的三重态任务和模型RDMS之间的ρ相关性。* = p <0.05。（d）用于区分工具与可操作对象的三个任务的平均李克特评分的条图。* = p <0.05。错误条是正常的95％CI
人类前额叶皮层中空间和颜色加工的电生理解码
前额叶皮层（PFC）在目标定向的认知中起关键作用，但其代表性代码仍然是一个开放的问题，即解码技术在解散与PFC的任务相关变量方面有效。在这里，我们将正则线性判别分析应用于人类头皮脑电图数据，并能够区分智力旋转任务与具有87％解码精度的色彩感知任务。侧面PFC中的背侧和腹侧区域提供了分离这两个任务的主要特征。我们的发现表明，脑电图可以可靠地从PFC解码两个独立的任务状态，并强调PFC背或腹侧功能特定在处理Where旋转任务与哪种颜色任务时。
超越主电机皮层以改善脑部计算机界面
大脑 - 用于运动恢复的计算机接口（BCIS）通常会从其主电机皮层（M1）中的神经活动中解码用户的意图，并使用此信息来启用外部设备的“心理控制”。在这里，我们认为M1的活动具有太少和太多的信息，无法进行最佳解码：太少了，因为超出其超出其的许多区域都会贡献独特的电动机，并且具有与运动相关的信息，而与运动相关的信息缺乏或以其他方式从M1活动中解析；太多了，在那个电机命令中，与注意力和反馈处理等非运动过程纠缠在一起，从而极大地阻碍了解码。我们认为，通过整合来自多个大脑区域的其他信息来开发BCIS，可以更好地解释用户的意图，从而规避这两个挑战。
胆碱通过miR-129-5p调节SOX4并在发育中的Cortex
摘要：胆碱可用性调节发育中的大脑皮层中神经祖细胞的增殖和分化。在这里，我们研究了该过程的分子机制，并证明了胆碱调节神经祖细胞中的转录因子SOX4。特别是，我们发现神经发生过程中的低胆碱摄入量会降低SOX4蛋白水平，从而导致EZH2的下调，EZH2是一种组蛋白甲基转移酶。重要的是，我们证明了低胆碱不参与SOX4蛋白降解率，并确定蛋白质还原是由microRNA异常表达引起的（miR-129-5p）。确认miR-129-5p的作用，我们在神经祖细胞中进行了功能障碍和功能丧失测定，并证明直接改变miR-129-5p水平可能会影响SOX4蛋白水平。我们还观察到，Sox4和Ezh2的降低导致发育中的皮质中H3K27ME3的全球水平降低，导致了增殖和早熟分化的降低。据我们所知，我们第一次证明了一种营养素，胆碱可以调节主转录因子及其下游靶标，从而提供了对胆碱在大脑发育中作用的新颖洞察力。