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World File Search System锥体细胞
细胞稳态和大脑发育
这项工作旨在如何实现这一目标？神经元是大脑的基本工作单元，信息通过神经元从外围传输和处理到大脑。而锥体细胞是大脑皮层中最丰富的兴奋性神经元。在被诊断患有 ASD 的个体中，已知锥体细胞的行为异常（例如，神经元活动水平改变）。我们假设，尽管导致 ASD 的因素各不相同，但这些因素都集中在类似的分子机制上，即出生后早期发育过程中神经元活动的改变。这些变化可能会影响大脑的构造方式，尤其是对大脑免疫细胞、小胶质细胞等细胞类型。众所周知，小胶质细胞参与大脑发育的不同方面，更具体地说，参与神经元之间的通信方式。因此，小胶质细胞发育、成熟方式的改变，甚至大脑中小胶质细胞数量的改变，都会对大脑的功能产生重大影响。在这项工作中，我们旨在了解锥体细胞活动的变化如何影响小胶质细胞的发育，以及偏离正常的小胶质细胞发育如何导致 ASD 中观察到的一些缺陷，例如认知功能的改变。
有意识的多感官整合
意识在人类认知和适应行为中发挥着重要作用，尽管其在多感觉整合中的作用尚未完全了解，因此，仍存在一些问题：大脑如何整合来自不同外部环境的多感觉信号？如何定义这些多感觉信号的角色以遵循预期的环境行为约束？这项工作旨在阐明一种关于意识多感觉整合 (CMI) 的新理论，以解决上述研究挑战。具体而言，锥体细胞中已建立的情境场 (CF) 和相干信息最大理论（Kay 等人，1998；Kay 和 Phillips，2011）被分为两个功能不同的整合输入场：局部情境场 (LCF) 和通用情境场 (UCF)。 LCF 定义来自大脑其他部分（原则上来自时空的任何地方）的调节性感觉信号，而 UCF 定义外部环境和预期行为（基于过去的学习和推理）。LCF 和 UCF 都与受体场 (RF) 相结合，以开发一类新的情境自适应神经元 (CAN)，以适应不断变化的环境。使用人类情境视听 (AV) 语音建模来评估所提出的理论。模拟结果为情境调节和选择性多感觉信息放大/抑制提供了新的见解。这里回顾的中心假设表明，除了经典的兴奋和抑制信号外，锥体细胞还接收 LCF 和 UCF 输入。UCF（作为转向力或调谐器）在精确选择是否放大/抑制相关/不相关前馈信号的传输而不改变内容方面起着决定性的作用，例如，哪些信息值得更多关注？与现有深度神经网络 (DNN) 中的无条件兴奋和抑制活动相反，这被称为条件放大/抑制。
“责任”加上“差距”等于“问题”
我们认为，预测成功最大化是认知和皮层的基本目标，它与预测误差最小化兼容，但两者都不需要减少目标编码，以至于有明确的神经生物学证据证明了预测信号的放大，并且我们在支持分组编码的支持方面没有证据。我们概述了最近的发现表明，我们的认知能力的锥体细胞通常取决于输入的信息向其基础树突传递信息，并在输入其远端顶端树突的传播时会放大该上下文提供的上下文，这些上下文提供了一种与前进基础输入相一致的上下文，因为两者都具有深度极化。尽管这些细胞内发现需要超出大多数神经科学实验室当前能力的技术专业知识，但它们并没有引起争议和闻名。我们注意到，这种细胞合作的上下文敏感性大大增强了哺乳动物新皮层的认知能力，并且关于其进化，发育和病理学仍然有待发现。
社论：计算神经科学的进展
第 28 届年度计算神经科学会议 CNS ∗ 2019 于 2019 年 7 月 13 日至 17 日在巴塞罗那举行。会议涵盖了各种各样的研究主题，欢迎来自世界各地的参与者，主题演讲包括 Ed Bullmore 教授的“大脑网络、青少年和精神分裂症”，Kenji Doya 教授的“心理模拟的神经回路”，Maria Sanchez-Vives 教授的“一个网络，多种状态：改变大脑皮层的兴奋性”，以及 Ila Fiete 教授的“灵活记忆和导航的神经回路”。本研究主题“计算神经科学进展”包含会议上介绍和讨论的一些前沿计算神经科学研究。与 CNS ∗ 2019 一样，本研究主题中的文章反映了计算神经科学研究的多样性和丰富性，从亚细胞尺度扩展到网络、从生物细节扩展到计算机技术、从计算方法扩展到大脑理论。在亚神经元层面，在“ROOTS：一种生成生物学上真实的皮质轴突的算法及其在电化学建模中的应用”中，Bingham 等人开发了用于构建更精确计算模型的计算方法，扩展了生成方法生成高度分支的皮质轴突末端树突的神经元形态的能力。在类似的领域，在“血清素轴突作为分数布朗运动路径：对区域密度自组织的洞察”中，Janušonis 等人描述了基于反射分数布朗运动的计算模型如何生成稳态分布，以近似于实验观察到的物理脑切片中的血清素纤维分布。 Gontier 和 Pfister 在《二项式突触的可识别性》一文中扩展了模型原理，引入了统计模型在实际中可识别的定义，并将这一概念应用于突触模型。Felton 等人在《评估 Ih 电导对模型锥体神经元中跨频耦合的影响》一文中分析了超极化激活混合阳离子电流 (Ih) 在跨频耦合动态现象中的作用。同样，Mergenthal 等人在《胆碱能调节 CA1 锥体细胞活动的计算模型》中提出了一种锥体细胞计算模型，其中包含前所未有的细节
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
杂合DAB1无效突变破坏新皮层和海马发育
reelin和Dab1信号通路中的功能丧失突变破坏了大脑新皮层和海马中的适当神经元定位，但潜在的分子机制仍然难以捉摸。在这里，我们认为，杂合的Yotari小鼠具有单一的常染色体隐性hotari yotari突变Dab1的Yotari突变比野生型小鼠在产后日（p）7表现出比野生型小鼠的较薄的新皮层小鼠。然而，一项出生的研究表明，这种减少不是由神经元迁移失败引起的。在子宫电穿孔介导的稀疏标记中表明，杂合子Yotari小鼠的浅表层神经元倾向于在第2层中延长其顶端树突。此外，在杂合的Yotari小鼠中，尾部河马校园中的CA1锥体细胞层异常分裂，一项出生的研究表明，这种分裂主要是由于晚期锥体神经元的迁移失败引起的。与腺相关的病毒（AAV）-Medim-ateed稀疏标记进一步表明，分裂细胞中的许多锥体细胞都具有不良的根尖引导。这些结果表明，reelin-Dab1信号通路对神经元迁移和定位的调节具有独特的依赖性对不同大脑区域中DAB1基因剂量的依赖性。
多电极皮质刺激选择性地诱导生物物理神经模型中兴奋性神经元活动的单向波传播
皮层刺激正在成为基础研究中的实验工具，也是治疗一系列神经精神疾病的有前途的疗法。随着多电极阵列进入临床实践，使用电刺激的时空模式来诱导所需生理模式的可能性在理论上已成为可能，但在实践中，由于缺乏预测模型，只能通过反复试验来实现。越来越多的实验证据证实，行波是皮层信息处理的基础，但尽管技术迅速进步，我们仍缺乏对如何控制波特性的理解。本研究使用混合生物物理解剖学和神经计算模型来预测和理解简单的皮层表面刺激模式如何通过抑制性中间神经元的不对称激活来诱导定向行波。我们发现锥体细胞和篮状细胞被阳极电极高度激活，被阴极电极激活的程度最低，而马丁诺蒂细胞被两个电极适度激活，但对阴极刺激略有偏好。网络模型模拟发现，这种不对称激活会导致浅表兴奋性细胞中产生行波，该行波会单向传播，远离电极阵列。我们的研究揭示了不对称电刺激如何通过依赖两种不同类型的抑制性中间神经元活动来塑造和维持内源性局部电路机制的时空动态，从而轻松促进行波。
海马 CA1 的神经模拟实现用于产生 θ 波
神经工程领域的最新进展使得神经假体得以开发，这有助于神经系统疾病患者的功能恢复。在这项研究中，我们提出了一个实时神经形态系统来人工重现海马体 CA1 区域不同神经元群的 θ 波和放电模式。海马 θ 振荡（4-12 Hz）是一种重要的电生理节律，有助于导航、记忆和新颖性检测等各种认知功能。提出的 CA1 神经模拟电路包括现场可编程门阵列 (FPGA) 上的 100 个线性化的 Pinsky-Rinzel 神经元和 668 个兴奋性和抑制性突触。实施的 CA1 脉冲神经网络包括产生 θ 节律的主要神经元群：兴奋性锥体细胞、PV+ 篮状细胞和抑制性中间神经元 Oriens Lacunosum-Moleculare (OLM) 细胞。此外，还使用突发漏积分和放电 (LIF) 神经元模型在 FPGA 上实现了通过穿通通路从内嗅皮层到 CA1 区域、通过 Schaffer 侧支到 CA3 区域以及通过穹窿海马伞到内侧隔膜到 CA1 区域的主要输入。硬件实现的结果表明，所提出的 CA1 神经模拟电路成功重建了 theta 振荡，并在功能上说明了不同神经元群体放电反应之间的相位关系。还评估了内侧隔膜消除对 CA1 神经元群体放电模式和 theta 波特征的影响。该神经形态系统可被视为一个潜在平台，为未来神经假体应用开辟了机会。© 2021 作者。由 Elsevier Ltd. 出版。这是一篇根据 CC BY-NC-ND 许可协议 ( http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ) 开放获取的文章。
延迟 GABA 转移会间接影响发育中的海马体的膜特性
在出生后的前两周，啮齿动物的神经元内氯离子浓度逐渐下降，导致 GABA 反应从去极化转变为高极化。在神经发育障碍的啮齿动物模型和人类患者中，出生后的 GABA 转变会延迟，但 GABA 转变延迟对发育中大脑的影响仍不清楚。在这里，我们通过用氯离子输出蛋白 KCC2 的特异性抑制剂 VU0463271 处理 6 至 7 日龄小鼠的器官型海马培养物 1 周，研究了出生后 GABA 转变延迟对网络发育的直接和间接影响。我们证实了 VU 治疗延迟了 GABA 转变并使 GABA 信号去极化直到 DIV9。我们发现 VU 治疗后 DIV9 时的兴奋性和抑制性突触的结构和功能发育没有受到影响。与之前的研究一致，我们观察到 GABA 信号在对照组和 VU 处理的出生后切片中已经受到抑制。令人惊讶的是，在 VU 治疗结束 14 天后（DIV21），我们观察到 CA1 锥体细胞中自发抑制性突触后电流的频率增加，而兴奋性电流没有改变。突触数量和释放概率不受影响。我们发现，与对照切片相比，放射层中以树突为靶向的中间神经元具有升高的静息膜电位，而锥体细胞的兴奋性较低。我们的结果表明，去极化 GABA 信号不会促进 P7 后的突触形成，并表明出生后细胞内氯离子水平以细胞特异性的方式间接影响膜特性。
氧化还原调节和KCNK3封锁
神经性疼痛会导致持久的身体不适和情绪困扰。常规药理治疗通常会提供受限的缓解，并可能导致不良的副作用，从而带来重大的临床挑战。周围和脊柱氧化还原稳态在疼痛处理和感知中起重要作用。然而，在慢性疼痛期间，氧化应激和抗氧化剂在皮质区域的疼痛和镇痛中的作用仍然晦涩难懂。在这里，我们关注腹外侧轨道皮层（VLO），这是一个与疼痛严重程度相关的大脑区域，并参与疼痛抑制。使用较不受欢迎的神经损伤小鼠模型，我们观察到了著名的活性氧（ROS）介导的抑制VLO中锥体细胞（PYR VLO）兴奋性的抑制。鼻腔施用或显微注射天然抗氧化剂原腺苷（PACS）在VLO中特异性地增加了PYR VLO的活性，并引起了显着的止痛作用。从机械上讲，PACS通过以不同的方式抑制不同的钾通道来激活PYR VLO：（1）通过清除ROS来减少ROS敏感的电压门控钾电流，（2）通过直接与KCNK3结合到KCNK3的结构来抑制泄漏钾电流（I泄漏）。这些结果揭示了皮质氧化应激在中央痛觉过敏中的作用，并阐明了PAC在中央镇痛中的机制和潜在的转化显性。这些发现表明PAC的作用超出了其通常假定的抗氧化剂或抗炎性作用。