研究似乎推翻了大脑是如何连接的主流观点

纽约，纽约(2013年6月27日)-一系列研究由兰迪·布鲁诺博士，哥伦比亚大学神经科学系的Christine Constantinople博士推翻了传统观点，指出感官信息会同时传递到两个地方:不仅是大脑的中间层(大多数轴突的位置)，还会直接传递到更深的层次。这项研究发表在2013年6月28日的《科学》杂志上。

丘脑(蓝色)中的神经细胞将其轴突(红色)发送到大脑皮层，在那里它与数千个神经元建立突触连接。虽然这些连接大部分在皮层的中间层(灰环)，一些稀疏的分支连接更深的层。

几十年来,科学家们认为感觉信息传递的皮肤,眼睛和耳朵丘脑和大脑皮层six-layered以串行的方式处理:首先在中间层(第4层),然后在上层(2和3),最后在深层(5和6)。这种通过分层“柱”的信号模型很大程度上是基于解剖学，遵循神经系统的神经轴突的方向。

“我们的发现挑战了教条，”布鲁诺博士说，他是神经科学助理教授和哥伦比亚大学的新教员莫蒂默·b·朱克曼思维大脑行为研究所和卡弗里脑科学研究所．“他们开辟了一种不同的方式来思考大脑皮层是如何工作的，这不仅包括视觉、声音和触觉的处理，还包括语言、决策和抽象思维等高级功能。”

研究人员使用了人们熟知的老鼠胡须的感觉系统，它的运作方式很像人类的手指，提供关于形状和纹理的触觉信息。布鲁诺博士说，这个系统是研究感觉信号流动的理想选择，因为过去的研究已经将每个胡须映射到大脑中一个特定的桶状神经元簇。“这些回路的线路与包括人类在内的其他哺乳动物处理感觉的线路类似，”布鲁诺博士说。

这项研究依靠一种敏感的技术，使研究人员能够监控活体动物的信号是如何从一个神经元传递到另一个神经元的。研究人员使用尖端只有1微米宽(千分之一毫米)的玻璃微管，其中充满了传导神经信号的液体，记录下了由胡须刺激皮层中的176个神经元和丘脑中的76个神经元产生的神经脉冲。记录显示信号同时从丘脑传递到第4层和第5层。虽然80%的丘脑轴突到达第4层，但向更深的一层发出的信号令人惊讶地强大。

为了确认深层能直接接收感觉信息，研究人员使用了局部麻醉剂利多卡因来阻断来自第四层的所有信号。更深层次的活动保持不变。

“这很令人惊讶，”君士坦丁斯博士，目前普林斯顿大学神经科学院的博士后研究员说。“当我们阻止第4层时，我们预期的下层中的活动或非常减少。这提出了一系列关于层层实际怎样的问题。”

这项研究表明，大脑皮层的上层和下层形成独立的回路，并在处理感觉信息时发挥独立的作用。研究人员认为，较深层的脂肪层在进化过程中是较古老的——比如爬行动物就有，而较上层和中层的脂肪层则出现在较进化的物种中，人类的脂肪层是最厚的。

布鲁诺博士认为，一种可能性是，基本的感觉处理是在较低的层次完成的:例如，从视觉上追踪一个网球，以协调进行接触所需的动作。涉及整合上下文或经验或涉及学习的处理可能在上层进行。例如，观察对手击球的位置和计划回击的位置。

“在这一点上，我们仍然不知道不同的层在行为上有什么作用，”布鲁诺博士说，他的实验室现在正专注于寻找这些答案。

诺贝尔奖得主、德国马克斯·普朗克研究所的神经生物学家伯特·萨克曼(Bert Sakmann)，医学博士，形容这项研究“非常有说服力”，是一个游戏规则改变者。几十年来，该领域主要基于解剖学假设，皮层的工作始于第4层。“布鲁诺博士创造了一项技术杰作，它牢固地建立了通向大脑皮层的两条独立的输入流，”萨克曼博士说。“人们普遍认为，大脑皮层是一个整体柱的集合，将信息传递给越来越高的模块，这种观点必须摒弃。”TC轴突-高对比度MS1重复3-1

“布鲁诺的工作在颠覆传统观点方面取得了很大的进展，并为哺乳动物大脑皮层的感觉输入的功能分离提供了新的见解，大脑皮层是处理我们的思想、决定和行动的区域，”他说托马斯Jessell博士她是神经科学运动神经元紊乱症教授，也是莫蒂默·b·扎克曼思维-大脑行为研究所和卡弗里脑科学研究所的联合主任。要对皮层的加工过程有更深入的了解，需要解剖学家、细胞和分子生物学家以及动物行为学家的共同努力。朱克曼研究所拥有多学科的教师和广泛的使命，非常适合在布鲁诺的迷人工作基础上建设。”

这项研究的资金由美国国家神经疾病和中风研究所(Grant # NS069679)、丽塔·艾伦基金会和克林根斯坦基金会提供。

作者声明没有经济或其他利益冲突。

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