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清华大学苑克鑫课题组在《Cerebral Cortex》发表论文揭示抑制性作用在听觉皮层功能发育中扮演的重要角色

清华麦戈文脑科学研究院2019-05-18 12:44:10


        2017年3月1日,清华大学医学院生物医学工程系及清华-IDG/麦戈文脑科学研究院和类脑计算研究中心苑克鑫课题组在《大脑皮层》(Cerebral Cortex)期刊在线发表了题为‘抑制性作用在初级听觉皮层时间信息处理发育中扮演关键角色’(A critical role of inhibition in temporal processing maturation in the primary auditory cortex )的研究论文,首次发现处于发育关键期的大鼠初级听觉皮层内有超强的抑制性作用,证明了这种超强抑制是幼年听觉皮层时间信息处理的“限速因子”,并进一步展示了这种抑制性作用对听觉经验的超强敏感性。此发现与视觉皮层中抑制性作用在发育过程中逐渐增强的经典发现形成鲜明对比,表明抑制性神经环路是感觉经验对幼年皮层进行调控的主要目标,并暗示抑制性神经环路发育障碍很有可能会导致听觉和语言障碍的发生。清华大学生物医学工程系博士生蔡冬琴和山东潍坊人民医院耳鼻喉科的韩荣荣为论文的共同第一作者,苑克鑫博士为本文的通讯作者,参与部分实验工作的作者还包括苑克鑫课题组其他博士生以及清华大学生命学院教授姚骏博士及其课题组博士后郑毅博士。


       时间信息处理对于听觉系统来说至关重要,因为与视觉信号不同,声音信号通常是转瞬即逝,因此需要听觉系统能够迅速解析快速变化的声音信号。很久以前的研究工作就已经表明听觉皮层对时间信息的处理能力有一个由弱到强的发育过程,而这个发育过程与儿童听觉和语言能力的发育过程是密切关联的。然而,听觉皮层时间信息处理能力发育的“限速因子”并不清楚。

       苑克鑫课题组首先发现处于发育过程中的听觉皮层神经元的时间信息处理能力存在细胞类型特异性,而非以前人们默认的均一性。具体来说,幼年听觉皮层中的抑制性神经元具有与成年听觉皮层抑制性神经元一样好的时间信息处理能力,而兴奋性神经元的时间信息处理能力在不同年龄组间则有显著区别。进一步的活体全细胞电压膜片钳实验表明,幼年听觉皮层中兴奋性神经元接收到的抑制性输入具有幅度更高,时程更长的特点。正是这一特点使得幼年听觉皮层中存在超强的抑制性作用,导致幼年听觉皮层兴奋性神经元无法跟随快速变化的声音信号。进一步的研究表明,幼年听觉皮层中抑制性作用的时程对动物的感觉经验非常敏感,暴露于快速变化声音信号中数分钟就可以显著缩短,而与这一现象相伴随的是幼年听觉皮层兴奋性神经元时间信息处理能力的显著增强。

        苑克鑫课题组致力于中枢听觉系统研究,结合转基因动物,病毒工具,解剖学,电生理学,光学,行为学和计算等多种技术手段,从神经环路角度研究听觉皮层和丘脑如何在声音信息处理和动物情绪行为中发挥重要作用。该项研究得到了国家自然科学基金委,清华大学医学院生物医学工程系,清华大学类脑计算研究中心和清华-IDG/麦戈文脑科学研究院的资助。

文章链接DOI: https://doi.org/10.1093/cercor/bhx057 (请点击阅读原文)


图为苑克鑫教授。

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