肠脑感觉转导的新兴生物学——Neuropod细胞|脑科学顶刊导读40期

顶刊导读目录

1,Neuropod细胞:肠脑感觉转导的新兴生物学

2,岛叶皮层中基于宏观信息的味觉表征受刺激浓度的影响

3,大脑半球间的嗅球连接可提高气味检测

4,预期诱导的delta相位重置可改善人类嗅觉

5,果蝇蘑菇体内的多巴胺能神经元的效价和状态依赖性群体编码

肠脑感觉转导的新兴生物学——Neuropod细胞|脑科学顶刊导读40期

1,Neuropod细胞:肠脑感觉转导的新兴生物学

期刊:Annual Review of Neuroscience

作者:Ann Yang

动物通过视觉、味觉、质地和味觉的引导摄取食物。摄入后,由肠道决定食物的营养价值。经典的感觉系统依靠神经上皮回路将刺激转换为指导行为的信号。然而,在发现肠道内分泌细胞中的突触之前,人们认为肠道环境的感觉只能通过激素的被动释放来介导。

这些肠道内分泌细胞是肠道感觉上皮细胞,那些形成突触的细胞被称为Neuropod细胞。Neuropod细胞通过快速神经传导到包括迷走神经在内的神经元,为肠道将感觉信号从肠道环境传导到大脑提供了基础。这些发现激发了感觉神经生物学的新探索领域-肠脑感觉转导领域。

https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-neuro-091619-022657

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2,岛叶皮层中基于宏观信息的味觉表征受刺激浓度的影响

期刊:PNAS

作者:Loren

意义:以前的研究对于味觉类别的皮层表征产生了不同的结果。本研究的主要目的是通过基于信息的方法来测试人类岛叶皮层的任务恒定映射和浓度恒定映射。在不同的时间,我们在两个功能磁共振(fMRI)实验中测试了相同的参与者,成功解码了所有参与者在不同行为任务和时间下与每种特定口味相关的fMRI活动模式,所有参与者都表现出了稳定的任务恒定味觉表征。

最重要的是,低浓度和高浓度的味觉偏好表征几乎没有重叠,这与岛叶皮层中仅基于味觉识别的排他性拓扑结构的概念相矛盾。

摘要:味觉处理是所有动物的一种基本能力,可提示进食行为的潜在危害或益处。然而,目前关于皮层味觉表征的证据仍然相互矛盾。为解决这一问题,本研究采用高分辨率功能磁共振成像(fMRI)和多体素模式分析(MVPA)技术,对包含初级味觉皮层的人类岛叶皮层的味觉相关信息含量进行了研究。

人类参与者在两个不同日期的两个fMRI实验中判断低浓度和高浓度味道(咸、甜、酸和苦)的愉悦性和强度,以测试任务和浓度恒定的味觉表征。我们观察到,在所有参与者的任务中,岛叶皮质内的fMRI活动模式与特定的味觉一致。较少的模式对多个品味类别做出反应。重要的是,味觉浓度的变化改变了假定的味觉特定模式的空间布局,在不同的浓度水平下,每种味觉类别的模式都截然不同,几乎不重叠。

总之,我们的结果指出,人类岛叶皮层的宏观表征是味觉类别和浓度的复杂函数,而不是仅仅基于味觉类别的表征。

https://www.pnas.org/content/117/13/7409

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3,大脑半球间的嗅球连接可提高气味检测

期刊:Plos Biology

作者:Aleah-Jing

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直接的嗅球间连接按拓扑组织且是嗅觉肾小球特异性的

大脑半球间的连接使双侧神经系统中的感官信息能够交互和整合,并被认为可以优化感官计算。但是,人们对半球间网络的细胞和空间组织以及它们在脊椎动物中介导的计算特性仍知之甚少。由此,左脑和右脑半球之间的连接在多大程度上参与了感觉处理尚不清楚。

本研究展示了斑马鱼嗅球(olfactory bulbs,OB)除了接收对侧同源的嗅觉皮层自上而下的输入,还接收来自对侧相应脑区直接的半球间投射。OB之间的半球间直接投射到达对侧OB的外围层,并保留了精确的拓扑结构,该结构直接将相似调谐的嗅觉肾小球在半球间连接起来。相反,半球间自上而下的输入由弥散的投射组成,这些投射广泛地作用于抑制性颗粒细胞层。这些半球间的连接共同引起对侧OB的拓扑组织的兴奋性活动和非拓扑组织的抑制性活动之间的平衡,并调节对气味的反应。

我们发现,嗅觉系统中的半球间连接能够调节气味反应,并通过增强信息素选择性神经元的反应结合复杂的嗅觉线索,呈现出对生殖信息素检测的小而显著的改善。总体来说,我们的数据显示了前人研究中没有发现的半球间连接在嗅觉系统的化学感觉图之间的功能。

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000701

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4,预期诱导的delta相位重置可改善人类嗅觉

期刊:Plos Biology

作者:Aleah-jing

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在吸入气味前对气味的预期诱发相位重置

对一种气味的预期可提高对它的检测和感知能力,但是我们对嗅觉预期的潜在神经机制尚不甚了解。这项研究使用人类颅内脑电图(iEEG)显示了,预期会在气味到达之前重置梨状皮层(piriform cortex)中delta振荡的相位。预期的相位重置与随之而来的气味诱发的theta能量和感知准确度的提高有关。

这些效应在每个个体受试者中表现一致,且该效应不是由吸入前运动准备或能量变化等潜在混杂因素驱动的。总而言之,这些发现表明预期状态通过梨状皮层中的delta振荡的相位重置来增强嗅觉。

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000724

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5,果蝇蘑菇体内的多巴胺能神经元的效价和状态依赖性群体编码

期刊:Current Biology

作者:Aleah-jing

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在体蘑菇体多巴胺能神经元的双光成像

神经调节促使了突触、神经回路和最终行为的灵活性。多巴胺,作为一种神经调节剂,已被广泛研究,它在动物学习和记忆过程中作为奖励信号的角色发挥作用。最新的证据表明,多巴胺能神经元(dopaminergic neurons,DANs)可以敏锐地调节感知觉,从而使动物能够让其行为和决策适应其内部和行为状态。此外,一些数据表明DAN群体不是同质的,而是不同的群体传达不同类型的信息。

我们研究了DAN群体的活动,以及它是如何利用DAN的狭窄解剖结构与其支配的果蝇的蘑菇体(mushroom body,MB)来编码感官刺激和状态的相关信息。使用体内钙成像和定制的3D图像配准方法,我们发现MB DAN群体的活动编码了动物的气味或味道以及生理状态的内在的效价信息。此外,DAN群体活动与运动密切相关,这与多巴胺在向MB传递行为状态中的作用一致。

总而言之,我们的数据和分析表明,DAN种群活动以MB隔室特有的方式编码先天的气味和味道的效价,运动和生理状态。我们认为多巴胺通过感官效价、生理和行为线索的组合式群体编码来塑造内在的感知。

https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.037

校审:Freya(brainnews编辑部)

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