NT /右手の親指が仮想の左手に変わりました

神経科学は隔週、3月8日から3月22日

TL; DR

記事

身体部分の再関連付け:Visuo-MotorSynchronyによる対側の実際の指に関連付けられた仮想腕の幻想的な所有権

近藤亮太、谷大和、杉本真樹、南沢幸太、稲見正彦、北崎道輝ロボティクスとAIのフロンティア

研究者は、ボランティアがバーチャルリアリティを使用してある身体部分を別の身体部分に再関連付けることが可能であることを明らかにしました。それでも、この関連付けは自然な関連付けよりも弱い可能性があります。

最近の研究は、拡張された人間の体のスキームに関する視点の拡大とその限界の理解に貢献しています。身体部分の再関連付けは、将来、機能的なプロテーゼや具体化されたツールの開発に適用できます。

幻想的な身体の所有権は、視覚と運動の同期によって誘発される可能性があります。仮想体が自分の動きと同期して動くと、仮想体は自分の体のように見えます。透明なボディを含む、さまざまな外観のさまざまなボディに対して、架空のボディ所有権を持つことができます(Kondo、et al。、Scientific Reports、2018)。ただし、ほとんどの研究では、仮想の体の部分は対応する実際の体の部分に関連付けられていました。たとえば、仮想の左腕は実際の左腕と同期して移動しました。

研究チームは、実際の体の部分と仮想の体の部分の対応の違いに焦点を当てました。 2017年、佐々木、稲見ほか(SIGGRAPH 2017)は、左右の足の動き(「MetaLimbs」)でそれらを制御することにより、2つの追加のロボットアームを作成しました。しかし、ロボットアームの所有権の感覚は詳細に調査されていません。チームは、仮想の左腕と実際の右手の親指など、人体階層のさまざまなレベルでの身体部分の再関連付けによって、架空の身体の所有権が誘発されるかどうかを調査することを目的としました。

20人の参加者は、ヘッドマウントディスプレイを通して仮想左腕を5分間観察したときに、自発的に右手の親指を動かしました。仮想左腕は、右手の親指と同期または非同期に移動しました。参加者は、右手の親指が左腕になり、仮想左腕が同期状態で自分の体の一部であるかのように感じたことがわかりました。しかし、所有感はあまり強くなく、異なる身体部分の再結合は自然な結合よりも弱い可能性があることを示唆しています。これは、実験で再関連付けが5分間しか実行されなかったことが原因である可能性があります。この研究は、人体または体のスキームに関する視点の拡大に貢献し、拡張された人間の可能性と限界を調査する手段を提供します。身体と部分の再結合は、将来、機能的なプロテーゼと具体化されたツールの開発に適用される可能性があります。

腸-肝臓の物理模倣薬は、短鎖脂肪酸によるIBD関連の炎症の逆説的な調節を明らかにします

Trapecar M.、Communal C.、Velazquez J.、Maass C.A.、Huang Y.J.、Schneider K.、Wright C.W.、Butty V.、Eng G.、Yilmaz O.、Trumper D.、Griffith L.G.セルシステムで。

MITの生物学エンジニアは、ヒト細胞を播種した特殊なマイクロ流体プラットフォーム上で、さまざまな臓器と免疫系の関係を研究できる多組織モデルを作成しました。

「organs-on-a-chip」または「physiome-on-a-chip」と呼ばれることもあるこのタイプのモデルを使用して、研究チームは潰瘍性大腸炎やその他の炎症における循環免疫細胞の役割を調査することができました。病気。彼らはまた、人間の腸に住むバクテリアによって生成される代謝副産物がこれらの炎症状態の下で重要な役割を果たすことを発見しました。

要約によれば、マイクロバイオームとIBDおよび肝疾患との関連は知られていますが、原因と結果はとらえどころのないままです。腸、肝臓、循環するTreg細胞とTh17細胞のヒトの微小生理学的システムを接続することにより、研究者はex vivoで潰瘍性大腸炎(UC)の多臓器モデルを作成しました。このアプローチは、エフェクターCD4 T細胞の関与に応じて、マイクロバイオーム由来の短鎖脂肪酸(SCFA)がUCの重症度を改善または悪化させることを示しています。マルチオミクスを使用して、彼らは、SCFAがケトン体の生成、解糖、および脂質生成を増加させる一方で、UC腸の自然免疫活性化を著しく減少させることを発見しました。しかし、急性T細胞介在性炎症の間、SCFAはCD4 + T細胞エフェクター機能を、部分的に代謝の再プログラミングによって悪化させ、腸バリアの破壊と肝障害を引き起こしました。これらの逆説的な発見は、因果関係と免疫、代謝、および組織の恒常性の根本的な絡み合いを研究するためのシステム免疫学と組み合わせた人間の生理模倣技術の新たな有用性を強調しています。

嗅覚系における「アンデッド」ニューロンの機能的統合

Lucia L. Prieto-Godino、Ana F. Silbering、Mohammed A. Khallaf、Steeve Cruchet、Karolina Bojkowska、Sylvain Pradervand、Bill S. Hansson、Markus Knaden、Richard Benton in Science Advances

Crick、ローザンヌ大学(UNIL)、Max Planck Institute for Chemicalのミバエの研究によると、脳の成長中にニューロンの死を防ぐということは、これらの「ゾンビ」細胞が機能するニューロンに発達する可能性があることを意味します。エコロジー。

プログラム細胞死(PCD)は神経発達中に広まり、神経細胞の過剰な産生を排除します。著者らは、ショウジョウバエの嗅覚系を使用して、死ぬ運命にある細胞が回路の進化に寄与する可能性を調べました。 PCDの阻害は、神経マーカーを発現し、匂い誘発活性を示す新しい細胞を生成するのに十分です。これらの「アンデッド」ニューロンは、比較的最近の受容体の複製が豊富な嗅覚受容体のサブセットを発現し、さまざまな化学感覚器官やライフステージで通常見られるものが含まれています。さらに、アンデッドのニューロン軸索は脳の嗅覚回路に統合され、新しい受容体/糸球体の結合を形成します。ショウジョウバエ全体の相同な嗅覚系統の比較は、死から機能的なニューロンへの運命の変化の自然な例を明らかにします。最後に、それらは、PCDがショウジョウバエと蚊の二酸化炭素感知回路形成の進化的差異に寄与するという証拠を提供します。これらの結果は、新しい神経経路を進化させるためのPCDパターンの変化の顕著な可能性を明らかにしています。

(A)さまざまな感覚構造を強調するキイロショウジョウバエの第3触角セグメントの概略図。 (B)2つのニューロンを含む感覚子を生じさせる触角ディスクSOP細胞の系統の概略図(右図)。分子マーカーのサブセットの発現が示されています。Elavは4つの神経前駆細胞のうち3つでのみ発現しています。これらの1つ(Naa)とElav陰性細胞(Nbb)はPCDによって排除されます。 ©キイロショウジョウバエのPCD経路の簡略化された要約。この研究に関連する要素を強調しています。アポトーシス促進タンパク質(Rpr、Grim、Hid、およびSkl)と死刑執行カスパーゼの間のいくつかの中間ステップは示されていません。 (D)コントロールからのホールマウントアンテナにおける抗Elav免疫蛍光の代表的な画像[Df(3L)H99 / +;ここおよび他の遺伝子型の野生型染色体は、w1118親]およびPCD欠損[Df(3L)H99 / Df(3L)XR38]動物に由来しました。スケールバー、10μm。右:追加のコントロール遺伝子型[Df(3L)XR38 / +](それぞれ、n = 14、14、および13)を含む、示された遺伝子型の触角ニューロン数の定量化。男女混合が分析されました。他のすべての実験では、特に明記されていない限り、メスのハエが使用されました。 *** Df(3L)H99 / +との比較ではP = 0.0007216、Df(3L)XR38 / +との比較ではP = 0.0013224(Wilcoxon順位和検定、ボンフェローニ補正を使用して多重比較用に補正)。このパネルと後続のパネルでは、個々のデータポイントが表示され、データの中央値と1番目と3番目の四分位数を示すボックスがオーバーレイされています。ひげは分布の限界を示しています。 (E)コントロール(peb-Gal4 / +)およびPCDブロック[peb-Gal4 / +; UAS-miR(rpr、hid、grim)/ +]動物からのホールマウントアンテナにおける抗Elav免疫蛍光の代表的な画像。スケールバー、10μm。右:これらの遺伝子型のニューロン数の定量化。 *** P = 2.4×10-7(t検定)(n = 19および21;それぞれコントロールおよびPCDブロック)。 (F)コントロール(peb-Gal4 / +)およびPCDブロック(peb-Gal4 / +; UAS-p35 / +)動物からのホールマウントアンテナにおける抗Elav免疫蛍光の代表的な画像。スケールバー、10μm。右:これらの遺伝子型のニューロン数の定量化。 * P = 0.024(t検定)(n = 10および11;それぞれコントロールおよびPCDブロック)。

多重化されたDNAパターン化アプローチを使用して複雑な生物学的シグナル伝達環境を要約する

Olivia J. Scheideler、Chun Yang、Molly Kozminsky、Kira I. Mosher、RobertoFalcon-Banchs、Emma C. Ciminelli、Andrew W. Bremer、Sabrina A. Chern、David V. Schaffer、Lydia科学の進歩におけるL.ソン

研究者は、体内のさまざまな細胞環境を模倣する細胞とタンパク質の2次元配列を迅速に「印刷」できる新しい技術を作成しました。

外因性シグナルの空間的構成が細胞の挙動を調節し、生物学的プロセスを駆動する方法を解明することは、invitroで複数の微小環境の手がかりの空間的パターンを制御する際の課題のためにほとんど未踏のままです。著者らは、数分以内に長さスケール全体で複数の細胞タイプと固相リガンドの同時アセンブリを指示するハイスループット法について説明しています。彼らの方法は、細胞に付着した相補鎖と目的のリガンドがハイブリダイズするユニークなDNAオリゴヌクレオチドの階層パターンをリソグラフィーで定義することを含みます。この方法の力を強調し、研究者らは、自己複製リガンド線維芽細胞成長因子-2(FGF-2)と分化シグナルエフリンB2の空間的提示が、単一の成人神経幹細胞(NSC)の運命をどのように指示するかを調査しました。彼らは、NSCがFGF-2に対して強い空間的バイアスを持っていることを発見し、パターン化されたFGF-2領域を空間的に占有しているにもかかわらず、高いニューロン分化を示す予期しない亜集団を特定しました。全体として、それらの広く適用可能なDNA指向のアプローチにより、組織が異種信号の空間的提示を通じて規制情報をどのようにエンコードするかについての機械的な洞察が可能になります。

3D神経筋バイオアクチュエータの開発

Onur Aydin、Austin P. Passaro、Mohamed Elhebeary、Gelson J. Pagan-Diaz、Anthony Fan、Sittinon Nuethong、Rashid Bashir、Steven L. Stice、M。TaherA.SaifによるAPLバイオエンジニアリング。

科学者は、ニューロンと人工筋肉の両方の文化を成長させることができるプラットフォームを作成しました

骨格筋バイオアクチュエータのニューロン制御は、複雑なモーターパターンを生成し、環境内を自律的にナビゲートする可能性のある将来のバイオハイブリッドマシンの実現に向けた重要なマイルストーンを表しています。動物は、強力な発火パターンを生成し、神経筋ユニットを介して筋肉活動を調整する神経ネットワークを使用して、これらの偉業を達成します。著者らは、神経筋バイオアクチュエーターのテストベッドとして機能する、用途の広い3Dニューロン-筋肉共培養プラットフォームを設計しました。彼らは、微小電極アレイの電気生理学と組み合わせてプラットフォームを使用して、ニューラルネットワークと筋肉組織の共同開発における相乗的相互作用の役割を研究しました。彼らのプラットフォーム設計は、最大4つのターゲット筋肉アクチュエーターとのニューロンクラスターの共培養、および筋肉収縮力の定量化を可能にします。設計された筋肉組織ターゲットを使用して、研究者は最初に機能的な神経筋バイオアクチュエーターの形成を実証しました。次に、ニューロンの成長パターンにおける長距離相互作用の考えられる役割を調査し、無細胞マトリックスまたは線維芽細胞と比較して筋肉への優先的な成長を観察し、運動ニューロンに作用する筋肉特異的な走化性の手がかりを示しました。次に、彼らは、共培養された筋肉ストリップが、単独で培養された筋肉と比較して、有意に高い自発収縮性と改善されたサルコメア集合を示したことを示した。最後に、彼らは神経細胞培養で微小電極アレイ測定を実行し、筋肉調整培地が全体的な神経発火率と同期バーストパターンの出現を強化することを明らかにしました。全体として、この研究は、神経筋バイオアクチュエータのinvitro開発におけるニューロンと筋肉のクロストークの重要性を示しています。

共文化の発展における双方向のクロストーク。 (a)(i)共培養および(ii)筋肉のみの培養における、代表的な明視野画像および活動性筋ストリップと静止筋ストリップの比率の全体的な時間経過。 (b)3、5、および7日目の筋肉のみのサンプルと共培養サンプルの自発収縮力。値は、各日の筋肉ストリップごとの30秒間の記録で平均された自発収縮力であり、ボックスプロットは25、50日を表します。 、および1.5×IQRを表すウィスカーを含む75パーセンタイル、n =共培養用の27の筋ストリップ、n =毎日の筋肉のみの20の筋ストリップ、* p< 0.05、および** p< 0.005(マンホイットニーU検定)。 ©筋肉のみのグループと共培養グループの間の横紋筋線維の割合の比較。バーは平均±SD、各グループのn = 6筋ストリップ、および** p<を表します。 0.005(マンホイットニーU検定)。右の共焦点画像は、クロスストライエーションがある場合とない場合のサンプル筋線維を示しています。 (d)9日目の(i)コントロールおよび(ii)CMグループからの代表的なサンプルのMEAラスタープロット。黒い破線は個々のスパイクを表し、青い破線はバーストを表し、ピンクのボックスは同期バーストの輪郭を示します。 (e)対照群および筋肉CM群におけるニューロンのMEAバーストレートの時間発展。箱ひげ図は、25パーセンタイル、50パーセンタイル、および75パーセンタイルを表し、ウィスカーは1.5×IQRを表します。値は、ウェル全体からの10分間の記録における電極あたりの平均バースト率です。n=各日でのコントロールとCMの12ウェル** p< 0.005、および*** p< 0.0005(スチューデントのt検定)。 (f)双方向クロストークとその機能的結果の概念図。スケールバー:(a)500μmおよび©10μm。

アルファリズムは、アイテムと連想記憶がいつどこで取得されるかを明らかにします

Journal of NeuroscienceのMaríaCarmenMartín-Buro、Maria Wimber、Richard N. Henson、Bernhard P.Staresinaによる

過去の経験の記憶は、漠然とした認識から関連する詳細の本格的な想起までさまざまです。脳波は、リコール信号が単純な認識の数百ミリ秒後に展開することを示していますが、基礎となる脳ネットワークへの限られた洞察しか提供していません。機能的磁気共鳴画像法(fMRI)は、後頭頂葉と内側側頭葉領域を中心とした「コア回想ネットワーク」(CRN)を明らかにしましたが、検索中のこれらの領域の時間的ダイナミクスはほとんど不明のままです。ここでは、ルアーの正しい拒絶反応(CR)、アイテム認識(IR)、および男女の人間の参加者の連想想起(AR)を評価する記憶パラダイムで脳磁図を使用しました。著者らは、アルファ周波数帯域(10〜12 Hz)でのパワーの減少が、時間と空間の両方でさまざまなニーモニックの結果を体系的に追跡することを発見しました。左後方センサーでは、アルファパワーは500ミリ秒以降、最初はCRからIRに段階的に減少しました。そしてIRからARへ。アルファパワーをソース空間に投影すると、fMRI研究から知られているCRNが出現しました。これには、後頭頂葉(PPC)と海馬が含まれます。 PPCは条件全体で単調な変化を示しましたが、海馬の影響は想起に特有のものでした。これらの地域固有の効果は、別のfMRIデータセットによって裏付けられました。重要なことに、アルファパワーの時間経過は、海馬とPPCでのアイテムと連想記憶の間の時間的解離を明らかにし、海馬での初期のAR効果を示しました。したがって、研究者のデータは、CRNの関与をエピソード記憶の時間的ダイナミクスに関連付け、さまざまなタイプの記憶がいつどこで取得されるかを明らかにする際のアルファリズムの役割を強調しています。

ニューロンIDデータセットは、C。elegansの全脳活動イメージングのためのニューロン注釈を容易にします

by Yu Toyoshima、Stephen Wu、Manami Kanamori、Hirofumi Sato、Moon Sun Jang、Suzu Oe、Yuko Murakami、Takayuki Teramoto、Chanhyun Park、Yuishi Iwasaki、Takeshi Ishihara、Ryo Yoshida& BMC生物学の飯野雄一

研究者は、生きているワームの高解像度蛍光顕微鏡画像で各神経細胞を識別するための新しいコンピュータープログラムを設計しました

細胞の同一性の注釈は、異なる動物間の神経活動の比較を含む、細胞の比較を可能にする神経科学の重要なプロセスです。Caenorhabditis elegansでは、すべてのニューロンに一意のIDが割り当てられていますが、ニューロンの位置とIDに関する定量的な情報が不足しているため、無傷の動物の注釈可能なニューロンの数は制限されています。

著者は、ニューロンのアイデンティティの注釈付けを容易にするデータセットを提示し、全脳イメージングの包括的な分析におけるそのアプリケーションを示しています。彼らは、35個の細胞特異的プロモーターを使用して311匹の成虫の頭部領域にあるニューロンを体系的に特定し、ニューロンの発現パターンと位置のデータセットを作成しました。研究者は、注釈タスクの難しさを示す大きな位置の変化を発見しました。彼らは、異なる蛍光を発する細胞特異的プロモーターの複数の組み合わせを調査し、動物のほとんどの頭部ニューロンの注釈に最適な株を生成しました。著者はまた、全脳イメージングに必要な注釈を容易にする人間の相互作用機能を備えた自動注釈方法を開発しました。

ワームの脳は頭蓋骨の内部で静止していません。ニューロン(赤)と他の細胞(青)は、成虫のC. elegansがその環境で食べたり動き回ったりすると、自然に位置を変えます。この動物の頭はビデオの右側にあります。研究者たちは、ニューロンの位置が個人によっても異なることを知って驚いた。

私たちのニューロンIDデータセットと最適な蛍光ひずみにより、成虫の頭の領域にあるほとんどのニューロンに、完全自動化と人間の相互作用機能を含む半自動化バージョンの両方で注釈を付けることができます。この方法は、C。elegans以外の研究で使用されるモデル種に適用できる可能性があり、利用可能な細胞型特異的プロモーターの数とその多様性が重要な考慮事項になります。

神経記録用のCMOSチップと統合された超並列マイクロワイヤーアレイ

Abdulmalik Obaid、Mina-Elraheb Hanna、Yu-Wei Wu、Mihaly Kollo、Romeo Racz、Matthew R. Angle、JanMüller、Nora Brackbill、William Wray、Felix Franke、EJ Chichilnisky、Andreas Hierlemann、Jun B. Ding、Andreas T. Schaefer、Nicholas A. Melosh in Science Advances

新しい脳読み取り技術は脳波制御デバイスの開発に役立つ可能性があります

脳内の神経活動のマルチチャネル電気記録は、神経通信、計算、および補綴の新しい側面を明らかにするますます強力な方法です。ただし、従来の電子機器の平面シリコンベースのCMOSデバイスは急速に拡張されますが、ニューラルインターフェイスデバイスはペースを維持していません。著者らは、シリコンベースのチップを3次元マイクロワイヤーアレイとインターフェースする新しい戦略を提示し、急速に発展している電子機器と高密度ニューラルインターフェースの間のリンクを提供します。このシステムは、カメラチップなどの大規模な微小電極アレイに結合されたマイクロワイヤの束で構成されています。このシステムは、孤立した網膜および覚醒している動いているマウスの運動皮質または線条体における単一ユニットおよび局所電場電位記録を介して実証される、優れた記録性能を有する。モジュラー設計により、さまざまな種類とサイズのマイクロワイヤーをさまざまな種類のピクセルアレイと統合し、商用の多重化、デジタル化、データ収集ハードウェアの急速な進歩を3次元ニューラルインターフェイスと接続できます。

(A)生体内記録設定の概略図。 (B)左:運動皮質にマイクロワイヤーバンドルを使用した、広い空間範囲にわたる記録の図。右:163本のマイクロワイヤーからの電気生理学的活動(300〜6000 Hz)の代表的なトレース(バックグラウンドトレース)。 67本のワイヤーからの強調表示されたトレースは、運動中の運動皮質活動の50ミリ秒のスナップショットの神経活動電位を示しています。カラーコードは、マイクロワイヤーの相対位置を表します。 ©(B)で強調表示されている67本のワイヤーからの詳細な運動皮質活動を示す代表的なトレース。影付きの領域は、マウスの動くエピソードを示しています。挿入図は、移動(上)状態と非移動(下)状態の間の代表的なトレースの詳細を示しています。 (D)運動皮質記録におけるスパイクソーティング後に検出されたユニットのラスタープロット。挿入図は、2つの代表的なスパイク平均波形を示しています。灰色のトレースは、2つの代表的な検出されたスパイクの400のランダムに選択された生の波形です。 (E)運動皮質と線条体の両方の記録で、ランニング中に有意に高いスパイク率が観察されました(運動皮質:*** P&lt; 0.001および線条体:** P&lt; 0.01;両方の領域で30回の試行)。 (F)線条体記録の代表的なトレース(フィルタリングされていない)。 LFPの変動と神経スパイクの両方が観察されました。 (G)ガンマバンドパワーは、線条体の静止状態と比較して、ランニング中に有意に大きかった(P <0.01; 30回の試行)。

単一細胞のinsituトランスクリプトームマップによって明らかにされた哺乳類の大脳皮質の星状細胞層

Omer Ali Bayraktar、Theresa Bartels、Staffan Holmqvist、Vitalii Kleshchevnikov、Araks Martirosyan、Damon Polioudakis、Lucile Ben Haim、Adam MH Young、Mykhailo Y. Batiuk、Kirti Prakash、Alexander Brown、Kenny Roberts、Mercedes F 。パレデス、川口力樹他自然神経科学

脳の構造に関する新しい研究では、アルツハイマー病と自閉症に関連する細胞が明らかになっています。ニューロンと同様の方法で層に組織化された星状細胞

大脳皮質は6つの興奮性ニューロン層に組織化されていますが、グリア細胞が明確な層を示しているかどうかは不明です。本研究では、高コンテンツパイプライン、大面積空間トランスクリプトーム(LaST)マップを開発しました。これは、単一細胞の遺伝子発現をinsituで定量化できます。マウス皮質全体の星状細胞の多様性について46の候補遺伝子をスクリーニングし、研究者はニューロンのそれとは異なる勾配層パターンで表層、中層、深層の星状細胞の同一性を特定しました。出生後初期の皮質で確立された星状細胞層の特徴は、主に成体マウスとヒトの皮質で持続しました。シングルセルRNAシーケンスと空間再構成分析により、成体皮質における星状細胞層の存在がさらに確認されました。ニューロンの有糸分裂後の発達をシフトさせたSatb2およびReeler変異は、グリア層を変化させるのに十分であり、ニューロンの手がかりの有益な役割を示しています。最後に、星状細胞層のパターンは、マウスの皮質領域間で分岐しました。これらの発見は、興奮性ニューロンと星状細胞が異なる系統関連の薄層に組織化されていることを示しています。

「この研究は、皮質構造が以前に考えられていたよりも複雑であることを示しています。これは、星状細胞が果たす正確な役割と、星状細胞がヒトの神経発達および神経変性疾患にどのように関与しているかを理解し始めるための基礎を提供します。」

ケンブリッジ大学小児科長、DavidRowitch教授

プルキンエ細胞の失火は、小脳深部刺激療法によって修正される高振幅の行動振戦を生成します

amanda M Brown、Joshua J White、Meike E van der Heijden、Joy Zhou、Tao Lin、Roy V Sillitoe in eLife

マウスの震えを引き起こす脳細胞で何が起こるかについての新しい洞察がeLifeSciencesに公開されました

振戦は現在、最も一般的な運動障害としてランク付けされています。さまざまな体の部分の衰弱させる震えを開始する脳領域と神経信号は不明なままです。著者らは、小脳プルキンエ細胞の出力を遺伝的にサイレンシングすることで、振戦性薬物ハルマリンを投与されたマウスの振戦がブロックされることを発見しました。彼らは、覚醒しているマウスで、振戦の開始がリズミカルなプルキンエ細胞の発火と一致していることを示しています。これは、標的の小脳核細胞の活動を変化させます。それらは、光遺伝学で薬物の振戦作用を模倣し、高度にパターン化されたプルキンエ細胞活性が、そうでなければ正常なマウスで強力な振戦を引き起こすという証拠を提示します。小脳核のプルキンエ細胞出力に向けられた脳深部刺激療法で変化した活動を調節すると、自由に動いているマウスの振戦が減少した。総合すると、データは、プルキンエ細胞の接続性が振戦の神経基質であり、疾患を媒介する信号のゲートウェイであることを示しています。

脊椎動物のパリウムにおける視覚および体性感覚表現の進化的起源

Shreyas M. Suryanarayana、JuanPérez-Fernández、Brita Robertson&amp;ネイチャーエコロジー&amp;のステングリルナー進化

ヤツメウナギの研究により、皮質の初期の進化が明らかになりました

哺乳類や爬虫類などの羊膜類は、視界やその他の感覚がパリウムに表れていますが、両生類、魚類、円口類(ヤツメウナギを含む)などの羊膜類は、歴史的に嗅覚情報を主に処理すると考えられていました。もっぱらパリウムで。著者らは、レチノトピー表現を伴う別個の視覚野があり、頭と体幹からの体性感覚情報がヤツメウナギの淡蒼球皮質(外側のパリウム)の隣接する領域に表されていることを示しています。これらの皮質感覚野は、非一次感覚運動野に隣接しています。視床と体性感覚の両方が視床を介して中継されます。これらの発見は、哺乳類の新皮質の基本的な感覚運動表現、および感覚視床皮質リレーが、約5億6000万年前に円口類と顎口類の最後の共通祖先ですでに進化していたことを示唆しています。

どの体が欲しいですか?没入型バーチャルリアリティにおける身体の知覚と身体の評価に対する身体化された視点の影響

ロボット工学とAIのフロンティアにおけるSolèneNeyret、Anna I. Bellido Rivas、Xavi Navarro、MelSlaterによる。

研究者たちは、私たちがどのように見えるかと、私たちが自分の体を部外者の視点からどのように見ているかの違いを調べました。彼らが見つけたのは、人々は、部外者として以外はまったく同じ体を見るのに比べて、体に組み込まれたときに自分の体をより否定的に評価するということでした。

この実験では、研究者は自分の体の外観の意識的な内部表現を測定し、参加者がこれを理想的な体の外観や実際の体の外観と比較できるようにすることを目的としました。彼らは、参加者が自分の体型で持っていた内部画像の仮想表現を作成しました。また、理想的な体型の内部表現に対応する仮想体を作成し、実際の体の測定値に基づいて別の仮想体を作成しました。参加者は、具体化された一人称視点と三人称視点から3つの異なる仮想体を見て、それらの仮想体の外観を評価する必要がありました。研究者は、女性の参加者が第三者の視点から見たときに実際の体がより魅力的であると評価し、実験手順後の体の不満のレベルが低いことを観察しました。著者は、第三者の視点により、女性の参加者は、通常「自己」に関連する否定的な事前の信念を適用することなく、実際の体型を知覚することができ、これにより、体型のより肯定的な評価が得られたと考えています。彼らは、この方法は、摂食障害に苦しむ患者に、体の知覚をより現実的にし、それによって体の満足度を向上させることによって適用できると推測しています。


前線条体ネットワークの神経振動は、コウモリの発声を予測します

Kristin Weineck、FranciscoGarcía-Rosales、JulioC.HechavarríainPLOSBiology

前線条体ネットワークの振動は、コウモリがエコーロケーションを使用するのか、音声通信を使用するのかを予測します

発声する能力は脊椎動物に遍在していますが、発声制御の根底にあるニューラルネットワークは十分に理解されていないままです。著者らは、コウモリのエコーロケーションパルスとコミュニケーションコールの生成中に、前頭皮質と背側線条体(尾状核、CN)で同時にニューロンの記録を行いました。このアプローチにより、哺乳類の発声の根底にある一般的な側面と、コウモリのエコーロケーションのユニークな進化的適応を評価することができました。データは、発声前に、高ガンマ振動とベータ振動(それぞれ50〜80 Hzと12〜30 Hz)の特徴的な変化がコウモリの前頭皮質と背側線条体で発生することを示しています。神経振動のそのような正確な微調整は、動物がエコーロケーションまたはコミュニケーション発声のいずれかの生成に必要な運動プログラムを選択的に活性化することを可能にする可能性があります。さらに、シータ振動帯域(4〜8 Hz)で発生する前頭領域と線条体領域の間の機能的結合は、動物がナビゲーションモードにあるか(つまり、エコーロケーションパルスを放出するか)によって、ミリ秒レベルで著しく異なります。ソーシャルコミュニケーションモード(コミュニケーションコールの発信)。全体として、この研究は、前線条体の振動がコウモリの発声制御に神経相関を提供する可能性があることを示しています。

ニューロモーフィック嗅覚回路における迅速なオンライン学習と強力な想起

Nabil Imam&amp;ネイチャーマシンインテリジェンスのトーマスA.クレランド

哺乳類が匂いを学習して識別する方法の正確なメカニズムは、長い間科学者を避けてきました。新しい研究では、哺乳類の嗅覚システムに触発されたコンピューターアルゴリズムを通じて、これらの機能のいくつかを説明しています。

著者は、哺乳類の嗅球のアーキテクチャに基づいて、Intel Loihiニューロモーフィックシステムに実装された、ノイズ下の臭気サンプルの迅速なオンライン学習と識別のためのニューラルアルゴリズムを提示します。生物学的嗅覚と同様に、スパイクタイミングベースのアルゴリズムは、分散型のイベント駆動型計算と迅速な(ワンショット)オンライン学習を利用します。スパイクのタイミングに依存する可塑性ルールは、連続するガンマ周波数パケットに対して繰り返し動作し、風洞に取り付けられた化学センサーアレイのアクティビティから匂いの表現を構築します。学習した臭気物質は、強力な破壊的干渉にもかかわらず、確実に識別されます。耐ノイズ性は、神経調節と状況に応じたプライミングによってさらに強化されます。生涯学習能力は、成人の神経新生によって可能になります。このアルゴリズムは、高次元の信号が未知の背景に埋め込まれている信号識別問題に適用できます。

invivoでの神経活動のキロヘルツ2光子蛍光顕微鏡イメージング

Jianglai Wu、Yajie Liang、Shuo Chen、Ching-Lung Hsu、Mariya Chavarha、Stephen W. Evans、Dongqing Shi、Michael Z. Lin、Kevin K. Tsia&amp;ネイチャーメソッドのナジ

2光子蛍光顕微鏡法と全光レーザースキャンを組み合わせることで、研究者はアラートマウスの脳を1秒間に1,000回画像化し、ニューロンを通過するミリ秒の電気パルスを記録できます。

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脳の情報処理を理解するには、高い時空間分解能で神経活動を監視する必要があります。全光学式レーザースキャンを搭載した超高速2光子蛍光顕微鏡を使用して、著者らは、最大3,000フレーム/秒およびサブマイクロメートルの空間分解能で生体内の神経活動を画像化しました。このイメージング方法により、頭を固定した覚醒マウスの脳表面下345μmまでの閾値以上および閾値下の電気的活動のモニタリングが可能になりました。

シナプス分解能を備えた神経活動の迅速なメソスケール体積イメージング

Rongwen Lu、Yajie Liang、Guanghan Meng、Pengcheng Zhou、Karel Svoboda、Liam Paninski&amp;ナジ。自然の方法で

ニューロンと神経回路を大容量で高速かつ細胞内分解能でイメージングすることは困難な作業です。ベッセルフォーカスモジュールを2光子蛍光メゾスコープに組み込むことで、研究者はシナプス分解能でメソスケール上の神経活動の迅速な体積イメージングを実現しました。彼らは、覚醒しているマウスの脳の2つの半球上の複数の皮質領域内の神経集団だけでなく、ニューロンの樹状突起スパン全体のカルシウムイメージングにこの技術を適用しました。

ムスカリン性M1受容体は、霊長類の前頭前野のKCNQカリウムチャネルを介して作業記憶のパフォーマンスと活動を調節します

Galvin VC、Yang ST、Paspalas CD、Yang Y.、Jin LE、Datta D.、Morozov YM、Lightbourne TC、Lowet AS、Rakic P.、Arnsten AF、Wang M. in Neuron

神経科学者は、ニューロンが作業記憶に情報を維持するのを助ける鍵となる分子を発見しました。これは、神経認知障害の潜在的な治療につながる可能性があります。

ワーキングメモリは背外側前頭前野(dlPFC)に依存しており、錐体ニューロンの微小回路が感覚入力がなくても持続的な発火を可能にし、反復的な興奮を通じて情報を維持します。この依存性の分子メカニズムは完全には理解されていませんが、この活動はアセチルコリンに依存しています。この研究では、イオントフォレーシスと、自然に発生するコリン作動性枯渇を伴う老化サルからの単一ユニット記録を組み合わせて、dlPFCにおけるムスカリン性M1受容体(M1R)の役割を調査しました。著者らは、M1R刺激が、老齢のサルに全身投与された場合、細胞の発火と行動能力に対して逆U用量反応を引き起こすことを発見しました。免疫電子顕微鏡法は、M1Rと同様に、レイヤーIIIの樹状突起と棘にKCNQアイソフォーム(Kv7.2、Kv7.3、およびKv7.5)を局在化しました。 KCNQチャネルのイオン導入操作は、細胞の発火を変化させ、M1R化合物の効果を逆転させ、KCNQチャネルがdlPFCにおけるM1R作用の1つのメカニズムであることを示唆しています。これらの結果は、M1Rがコリン作動性変化を伴う認知障害を治療するための適切な標的である可能性があることを示しています。

それでも動く:静止画像の統計が動きの見え方の根底にある

Journal ofNeuroscienceのReubenRideauxとAndrewE.Welchmanによる

動きを見ると生存が促進されます。これは、進化と経験の間の不確実な相互作用に起因し、脳に見られる計算アーキテクチャのドライバーを分離することを困難にします。著者は、速度を分類するために動画でトレーニングされたニューラルネットワーク(MotionNet)を使用して、動きの知覚についての洞察を求めています。ネットワークは、生物学的脳における運動方向と速度処理の重要な特性を要約し、計算、神経、および知覚レベルでの運動(誤)知覚の理解を導き出し、テストするためにそれを使用します。研究者は、多様な動きの特徴は、動き自体ではなく、自然画像の統計的構造によって主に説明されることを示しています。最初に、彼らは特定の運動方向に対する神経的および知覚的バイアスが自然画像の配向構造からどのように生じるかを示しています。第二に、それらは、画像の自己相関によって説明できる(マカク)MTニューロンの速度と方向の好みの間の相互関係を示しています。第三に、彼らは、自然な画像統計が速度と画像のコントラストが関連する量であることを意味することを示しています。最後に、行動テスト(人間、男女)を使用して、著者は、前提としての環境(「遅い世界」以前)の動きの分布ではなく、動きの錯覚を説明するのは速度とコントラストの関連性の知識であることを示していますベイジアンアカウントによる。一緒に、これは運動速度と方向推定の説明を提供し、将来の神経生理学的実験のための具体的な予測を生成します。より広義には、人工システムと生物学的特性を組み合わせることの概念的価値を示し、アーキテクチャの「ブラックボックス」複製を超えて、脳などの複雑なシステムの理解を深めます。

MotionNet予測のモーションモデルと精神物理学的テスト。 a、MotionNetによる速度推定と「スローワールド」の以前のモデルを比較した図。左、MotionNetは速度をアクティビティの分布(rV1)として表し、これを一定のオフセット(es)と合計して、最終的な見積もり(rMT)を生成します。ベイズモデルは、尤度と事前分布の積を取ります。そうです、不確実性は、画像のコントラストを下げるか、速度の変動を導入することで操作できます。対照的に、信号の振幅が減少する一方で不確実性が増加するため、MotionNetとベイズモデルは同等の予測を行います。速度の変動性については、信号の振幅を変更せずに不確実性を高め、MotionNetとベイズモデルは異なる予測を行います。 b、左、精神物理学的実験で使用されたテスト刺激の図とその速度プロファイル。右、2つのモデルによって行われた予測を示すシミュレーション。 c、代表的な人間の観察者の結果。 d、e、(d)速度バイアスおよび(e)推定の不確実性に関するすべてのオブザーバーの要約結果。個別の反復測定ANOVAテストにより、速度バイアス(F(2,14)= 14.37、p = 0.005)と不確実性(χ2(2,14)= 12.25、p = 0.002)の両方の条件の主な影響が明らかになりました。色は、b(左)に示されている条件からのデータを表します。 d、e、ドットは個々のデータを示します。色は対応するオブザーバーを表します。エラーバーはSEMを示します。 ** p&lt; 0.01、*** p&lt; 0.001。

マクロスケールの動的な脳活動の時間回路は人間の意識をサポートします

サイエンス・アドバンシスのジルイ・ファン、ジュン・チャン、ジンソン・ウー、ジョージ・A・マシュール、アンソニー・G・ヒューデッツによる

イメージングにより、意識のある人と無反応の人の間で脳活動の周期的なパターンがどのように異なるかが明らかになります

進行中の人間の意識の流れは、デフォルトモードネットワークと背側注意ネットワークという2つの異なる皮質システムに依存しており、これらは反相関的な方法で活動を交互に行います。著者らは、2つのシステムが意識のある脳でどのように調節されているか、そして意識が低下したときにそれらがどのように破壊されるかを調べました。それらは、動的な脳活動が発生する一連の軌道によって特徴付けられる「時間回路」の証拠を提供します。彼らは、デフォルトモードと背側注意ネットワークの間の遷移がこの時間回路に埋め込まれていることを示しています。この回路では、脳の状態のバランスの取れた相互アクセスが意識の特徴です。逆に、時間回路からのデフォルトモードと背側注意ネットワークの分離は、多様な病因の無反応と関連しています。これらの発見は、意識における反相関システムの機能的役割の基本的な理解を促進します。

(A)ベースライン意識状態、軽い鎮静、および全身麻酔(n = 15)での刺激誘発CAP発生率の変化(刺激開始に対して、t = 0)。 CAP発生率の変化に対するスチューデントのt検定(ゼロに対する)は、刺激によって誘発されたfMRI信号活動のピーク期間(4〜6秒)に実行されました。アスタリスクは、α&lt;での有意性を示します。 FDR補正後0.05。 (B)健康な対照(n = 12)、MCSの患者(n = 4)、およびUWSの患者(n = 6)における刺激誘発性CAP発生率の変化。 ©メインコホートと精神科コホートデータ間の8つのCAPの空間的類似性。 (D)スチューデントのt検定による、健康な対照参加者(CONTROL)と統合失調症(SCHZ)、双極性障害(BIPOLAR)、注意欠陥/多動性障害(ADHD)の患者のCAP発生率の比較。赤い実線は、αでの有意なグループの違いを示しています。 FDR補正後0.05、赤い破線はP&lt;での未補正の有意性を示します。 0.05。エラーバーは±SDを示します。

海馬-扁桃体回路における文脈的恐怖記憶の符号化

Woong Bin Kim&amp;ネイチャーコミュニケーションズのジュンヒョンチョ

新しい研究によると、恐怖記憶の形成には、海馬と扁桃体の2つの脳領域間の神経経路の強化が含まれます

文脈的恐怖条件付けでは、実験対象は中立的な文脈を嫌悪刺激と関連付け、危険を予測する文脈に対する恐怖反応を示すことを学びます。海馬-扁桃体経路は文脈的恐怖記憶の検索に関係しているが、恐怖記憶がこの回路にコード化されるメカニズムは調査されていない。著者らは、嫌悪刺激と対になっている、扁桃体基底部(BA)への腹側CA1(vCA1)海馬投射の活動が、条件付けされた恐怖記憶の符号化に寄与することを示しています。文脈的恐怖条件付けは、vCA1-BAシナプスのサブセットの選択的強化を誘発しましたが、これはアニソマイシン誘発性逆行性健忘症の下で予防されました。さらに、BAニューロンの亜集団は、コンテキスト応答vCA1ニューロンからより強力な単シナプス入力を受け取ります。vCA1ニューロンの活動は、vCA1-BA経路におけるコンテキスト恐怖学習とシナプス増強に必要でした。この研究は、コンテキスト情報をBAニューロンのサブセットに伝達するvCA1入力のシナプス強化が、脅威予測コンテキストの適応恐怖記憶のエンコードに寄与することを示唆しています。

abの実験セットアップ。 b vCA1でのeYFP発現(左、緑)および扁桃体でのeYFP標識vCA1軸索(中央および右)を示す画像。赤、ニッスル染色。 LA、BLA、BMA、およびCeA:扁桃体の外側、基底外側、基底膜、および中央核。 cdの実験セットアップ。上:BAに投射するvCA1ニューロン(vCA1:BAプロジェクター)は、HSV-mCherryで逆行的にラベル付けされました。下:補足図1aのように、FCグループのマウスはコンテキストAで恐怖条件付けされました。 CTXグループのマウスは、USなしでコンテキストAにさらされました。 24時間後、コンテキストAですくみ行動をテストしました。90分後にc-Fos免疫組織化学のために脳組織を固定しました。 HCグループのマウスは、脳が固定されるまでホームケージに残されました。 d左:vCA1を示す画像:背側(dCA1)、中間(iCA1)、腹側CA1海馬(vCA1)、腹側海馬(vSub)のBAプロジェクター(赤)。 vDG、腹側歯状回。 LEC、外側嗅内皮質。中央:c-Fos +セル(緑)とvCA1:BAプロジェクター(mCherry +、赤)を示す画像。四角はc-Fos + vCA1:BAプロジェクターを示します。右:vCA1:BAプロジェクター間のc-Fos +比率の定量化(グループあたり6匹のマウス)。 ** p = 0.001、*** p&lt; 0.001(事後比較を伴う一元配置分散分析)。 e f–hの実験セットアップ。 vCA1:BAプロジェクターはhM4Di-mCherryまたはmCherryを表現しました。逆行性CAV2-CreをBAに、AAV-DIO-hM4Di-mCherry(hM4Diグループ)またはAAV-DIO-mCherry(mCherryグループ)をvCA1に両側注入しました。 f vCA1でのhM4Di-mCherry式を示す画像:BAプロジェクター(左と中央)。扁桃体にhM4Di-mCherryの発現がないことに注意してください(右)。 ghの行動訓練およびテストプロトコル。 h試験日のhM4Di(左、10匹のマウス)およびmCherryグループ(右、8匹のマウス)における試験日のすくみ行動の定量化。 * p&lt; 0.05、** p&lt; 0.01(事後比較を伴う二元配置分散分析;グループ×治療の交互作用、p <0.05)。エラーバーは、平均の標準誤差(SEM)を示します。

原始脳における慢性ニューロンの妨害

Margarita Khariton、Xian Kong、Jian Qin&amp;自然物理学のBoWang

高度な顕微鏡法と数学的モデリングを使用して、研究者はニューロンの成長を支配するパターンを発見しました

無生物で開発されたジャミングモデルは、組織内の細胞パッキングを説明するために広く使用されていますが、生物学で普及しているにもかかわらず、主に細胞の多様性を無視しています。ほとんどの組織、特に動物の脳は、多くの細胞タイプの混合物を含み、ニューロンが空間で組織化するときにそれぞれのタイプを認識できることを示唆する証拠が増えています。細胞の多様性が現在の妨害パラダイムをどのように修正するかは不明です。ここでは、単純で定量化可能な神経系内で顕著な組織可塑性を示す扁形動物プラナリアSchmidtea mediterraneaの脳で、研究者は明確なパッキング状態、「色」の詰まりを特定します。実験と計算モデリングを組み合わせると、異なるタイプのニューロンが、物理的な接触を除いて独立した浸透ネットワークを形成することが示されています。この詰まった状態は、細胞パッキング構成が細胞タイプ固有の相互作用によって制約されるようになると出現し、したがって、複数の細胞タイプで構成される同様に複雑な組織における細胞パッキングを説明するように拡張される可能性があります。

蛾の炎のように、私たちは自分自身を説明するための比喩に惹かれます

私たちは脳についてもっと学んでいると思いますが、あるストーリーを別のストーリーに置き換えるだけですか?

利己的な遺伝子。ビッグバン。温室効果。比喩は科学的思考の中心です。それらは、科学者と非科学者の両方が、より身近な物体や現象の観点から抽象的なアイデアを理解し、考え、話し合うための手段を提供します。

しかし、比喩が光を放つことができれば、それらは制約することもできます。彼の新しい本、The Idea of​​ the Brainで、動物学者で歴史家のMatthew Cobbは、科学者や哲学者がどのように脳を理解しようとしたか、そしてそれがどのように機能するかを物語っています。コブが示すように、あらゆる時代において、人々は主に比喩の観点から脳について考えてきました。これは通常、時計や電話交換、あるいは現代のコンピューターへの執着など、その日の最もエキサイティングなテクノロジーから引き出されたものです。コブ氏は、脳は「時計のようなものというよりはコンピューターのようなものだ」と述べていますが、「最も単純な動物の脳でさえ、私たちが構築したもののようなコンピューターではなく、まだできないものでもありません。想像してみてください」。

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