布朗神经科学家发现，神经元的类型，作为大脑的节拍器

位于美国罗德岛州普罗维登斯[布朗大学]——通过测量大脑触觉区域单个神经元的快速电尖峰，布朗大学的神经科学家发现了一种新型的细胞，这种细胞有规律地计时，它可能是大脑长期假设的时钟或节拍器。

布朗大学(Brown)神经科学教授、卡尼脑科学研究所(Carney Institute for Brain Science)副主任克里斯摩尔(Chris Moore)说，这种神经元有节奏地、同步地出现尖峰，不受外界感觉的影响。通过“设置节拍”，这些神经元似乎可以提高啮齿类动物的感知能力，当它们的胡须被轻轻拍打时。

自20世纪30年代中期以来，人类和啮齿类动物的脑电波以每秒约40个周期的速度被研究，也被称为伽马波节律。摩尔实验室的早期研究表明，增强这些啮齿类动物的自然伽马波节律有助于它们探测到更微弱的胡须感觉。

摩尔说:“伽马节奏一直是一个备受争议的话题。一些非常受人尊敬的神经科学家认为伽马射线节律是一种神奇的、统一的时钟，可以使大脑各区域的信号保持一致。还有其他同样受人尊敬的神经科学家，他们多彩地把伽马节律看作是计算过程中的废气:它们在引擎运行时出现，但绝对不重要。”

摩尔补充说，伽玛节奏的节拍器功能以前曾被假设过，但由于伽玛节奏会随着感觉的变化而发生变化，所以在很大程度上被忽略了。这些新发现的“节拍器”神经元的峰值大约为每秒40个周期，而它们没有。

研究结果发表在7月18日星期四的《神经元》杂志上。

摩尔和布朗神经科学博士生欣欣(Hyeyoung Shin)并没有开始寻找节拍器神经元，研究人员称这种神经元为伽玛规则的非感觉性快速脉冲神经元。相反，他们最初想研究的是由感觉驱动的伽马节奏。

申东赫使用了一台非常精确的机器来轻微地移动胡须，就在啮齿动物感知运动能力的边缘，同时记录大脑中胡须感觉部分的神经元活动。她想知道，当老鼠能够察觉到胡须轻微的敲打时，与没有察觉到的时候相比，它们的大脑有什么不同。

“我们对抑制性间神经元的一种亚型特别感兴趣;这些细胞在局部交流，它们的主要功能是抑制其他细胞的刺突，”Shin说。“我们发现，大约三分之一的这种快速增长的中间神经元非常有规律地‘嘀嗒’着。更有规律的滴答声意味着啮齿动物能更好地感知细微的感觉。”

让她的研究与众不同的是，她观察的是单个神经元的行为，而不是平均神经元的活动。通过观察单个神经元，她发现了三种不同的类型。

这些神经元中有一些是独立于胡须感觉的，因此通常会被科学家忽略——这一组包括有规律的搏动器神经元。另外两种亚型则是随机增加的——有些不会随着胡须的感觉而改变，而另一些则会。此外，Shin还发现大脑触觉区域的节拍器神经元是同步的。

摩尔说:“有一件有趣的事情，神经科学家将进入大脑，一旦他们发现一个细胞对外界有反应，他们就会研究它。”“如果它对外界没有反应，他们就不知道该怎么处理它，就会忽视它。”大脑中有一个电极，你会听到这个，也会听到那个——因为你还没有准备好去看，所以很容易对重要的事情做出过度解读，或者完全忽略它们。”

然而，申已经准备好看到这些有规律的跳动的节拍器神经元，摩尔说。在进行这项研究之前，Shin对现有的文献进行了深入的回顾，并使用计算机建模来试图理解快速脉冲神经元的逻辑，这是一个很好的机会有利于准备好的大脑的例子。

摩尔说，人类大脑也有伽马节律。下一步，他和申想要确定这些节拍器神经元是否存在于灵长类动物和人类中。他们还想看看节拍器神经元是否存在于大脑的其他区域，并确定是否利用基因工程和光线特别增强节拍器神经元的同步性会影响啮齿类动物探测微弱感觉的能力。

虽然节拍器神经元是新发现的，但在更广泛的群体中——快速增长的中间神经元——的分裂与许多神经紊乱有关，包括自闭症、精神分裂症和注意力缺陷多动障碍。有可能其中一些情况是由节拍器神经元亚型的干扰引起的，但需要进行更多的研究来了解这种亚型的典型功能，更不用说任何活动的变化了。

这项研究由美国国立卫生研究院(grant R01NS045130)、卡尼脑科学研究所和富布赖特项目的一项研究资助。