描绘出大脑的感觉看门人

许多自闭症患者都有感觉过敏、注意力缺陷和睡眠紊乱的症状。与这些症状有关的一个大脑区域是丘脑网状核(TRN)，它被认为是流入皮质的感觉信息的守门人。

来自麻省理工学院、麻省理工学院和哈佛大学的布罗德研究所的一组研究人员现在已经绘制出了TRN前所未有的详细图，揭示了该区域包含两个不同的具有不同功能的神经元子网络。该研究小组的负责人之一冯国平说，这些发现可能为研究人员设计药物提供更具体的目标，从而减轻自闭症的一些感觉、睡眠和注意力症状。

“我们的想法是，你可以非常明确地针对一组神经元，而不影响整个大脑和其他认知功能，”冯说，他是麻省理工学院神经科学的James w和Patricia Poitras教授，也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的成员。

峰;布罗德研究所斯坦利精神病学研究中心神经生物学副主任Fu Zhanyan;这项研究的高级作者是布罗德研究所的高级组长乔舒亚·莱文(Joshua Levin)，该研究发表在今天的《自然》杂志上。该论文的主要作者是前麻省理工学院博士后李银青、前布罗德研究所博士后洛佩斯-韦尔塔和布罗德研究所研究员西安·狄索尼斯。

不同的人群

当来自眼睛、耳朵或其他感觉器官的感觉输入进入我们的大脑时，它先进入丘脑，然后再传递到大脑皮层进行更高层次的处理。这些丘脑-皮质回路的损伤会导致注意力缺陷、对噪音和其他刺激过敏以及睡眠问题。

控制丘脑和皮质之间信息流动的主要途径之一是TRN，它负责屏蔽令人分心的感官输入。2016年，冯和麻省理工学院助理教授迈克尔·哈拉萨(Michael Halassa)发现，一种名为Ptchd1的基因的丢失会显著影响TRN的功能。对于男孩来说，丢失这种携带在X染色体上的基因会导致注意力缺陷、多动症、攻击性、智力障碍和自闭症谱系障碍。

在这项研究中，研究人员发现，当小鼠体内的Ptchd1基因被敲除后，小鼠表现出许多与人类患者相同的行为缺陷。当TRN基因被敲除时，小鼠只表现出多动症、注意力缺陷和睡眠中断，这表明TRN是导致这些症状的原因。

在这项新的研究中，研究人员试图了解更多关于TRN中发现的特定类型的神经元，希望找到治疗多动症和注意力缺陷的新方法。目前，治疗这些症状最常用的是利他林(Ritalin)等兴奋剂药物，这些药物对大脑有广泛的影响。

“我们的目标是找到一些特定的方法来调节丘脑-皮质输出的功能，并将其与神经发育障碍联系起来，”冯说。“我们决定尝试使用单细胞技术来解剖细胞的类型，以及表达的基因。是否有特定的基因可以作为药物靶标?”

为了探索这种可能性，研究人员对TRN神经元中发现的信使RNA分子进行了测序，揭示了在这些细胞中表达的基因。这使得他们能够识别出数百个基因，这些基因可以根据细胞表达这些特定基因的强烈程度，将细胞分化成两个亚群。

他们发现，其中一个细胞群位于TRN的核心，而其他细胞在核心周围形成一层非常薄的层。研究人员发现，这两类人还与丘脑的不同部位形成联系。基于这些联系，研究人员假设，核心细胞参与将感觉信息传递到大脑皮层，而外层细胞似乎帮助协调通过视觉和听觉等不同感官传入的信息。

“制药目标”

研究人员现在计划研究这两种神经元可能在各种神经系统症状中扮演的不同角色，包括注意力缺陷、过敏和睡眠中断。利用基因和光基因技术，他们希望确定激活或抑制不同TRN细胞类型或细胞中表达的基因的效果。

冯说:“这可以帮助我们在未来真正开发出具有潜在调节不同功能的特定药物靶点。”“丘脑-皮质回路控制着许多不同的东西，比如感觉感知、睡眠、注意力和认知能力，这些可能会更有针对性。”

研究人员说，这种方法也可以用于治疗注意力或过敏症，即使它们不是由TRN功能缺陷引起的。

“TRN是一个目标，如果你增强它的功能，你可能能够纠正由丘脑-皮质回路损伤引起的问题，”冯说。“当然我们远离任何治疗的发展,但可能是我们不仅可以利用单细胞技术理解大脑如何组织本身,而且如何隔离大脑功能,允许您识别调节特定功能的更具体的目标。”

Simons研究由麻省理工学院的社会大脑中心,典当e . Tan和k丽莎杨自闭症研究中心在麻省理工学院,詹姆斯和帕特里夏·Poitras精神疾病研究中心在麻省理工学院,斯坦利Broad研究所精神病学研究中心,美国国立卫生研究院/国家心理健康研究所,卡拉曼细胞天文台Broad研究所,皮尤的基础,人类前沿科学项目。