單個皮層神經(jīng)元代表一個學習的復雜對象的整體，而不是部分。
在過去的一個世紀中，神經(jīng)科學家發(fā)現(xiàn)了與大腦認知功能相關的各種功能類別的神經(jīng)元。這些細胞包括方向選擇性細胞、位置細胞、網(wǎng)格細胞和恐懼記憶印跡細胞。
這些特定功能類別的神經(jīng)元被認為是大腦認知圖譜的基石。近日，中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所的科學家與國內外合作者一起，展示了“整體爆裂”細胞的發(fā)現(xiàn)，這是一種新型功能類皮層神經(jīng)元，可以將學習的復雜物體表示為整體而不是部分。
一個由跨學科研究人員組成的聯(lián)盟利用尖端技術進行了一系列極具挑戰(zhàn)性的實驗，包括結合神經(jīng)元群的雙光子 Ca2+成像和行為小鼠中單個神經(jīng)元的松散斑塊記錄。研究人員發(fā)現(xiàn)，在接受過聽覺關聯(lián)訓練的小鼠中，聽覺皮層 2/3 層中存在一個特殊的神經(jīng)元子集，每個神經(jīng)元都可靠地表現(xiàn)出一種獨特的高速率、長時間爆發(fā)放電反應模式(瞬時放電率)。每次試驗中訓練的聲音的頻率約為 100 Hz，發(fā)射持續(xù)時間 100—250 ms。
相比之下，未經(jīng)訓練的動物的聽覺皮層幾乎不存在具有如此強烈和可靠的突發(fā)放電反應的神經(jīng)元，其中典型的神經(jīng)元反應是不可靠的單線放電。一組慢性成像實驗表明，爆發(fā)反應特性是由于聯(lián)想訓練而出現(xiàn)的，但僅發(fā)生在聽覺皮層神經(jīng)元的稀疏子集(~5%)中。
特別有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)可以用不同的和弦訓練小鼠，每個和弦由多個純音組成。行為反應顯示出“整體”特征，即，小鼠僅對受過訓練的和弦表現(xiàn)出可靠的行為反應，但對任何組成的純音不表現(xiàn)出可靠的行為反應，即使所有聲音都以幾乎相同的音量播放。
在用和弦訓練的動物中，發(fā)現(xiàn)了一類特殊的神經(jīng)元，稱為整體爆發(fā)(HB)細胞，每個細胞都可靠地僅對受訓練的和弦表現(xiàn)出爆發(fā)反應，但對其他和弦或單個組成音調不表現(xiàn)出爆發(fā)反應。實驗精度足以表明，對于這些 HB細胞，對首選和弦的響應強度明顯大于對構成和弦的四個音調的個體響應強度的總和。
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