跳至内容

听觉响应持久增强,ACC还会借道另一片皮层

The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · 2023-05-09

Table of contents

No titles in the blog post

The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · 研究前沿

听觉响应持久增强,ACC还会借道另一片皮层

小鼠研究发现,ACC强激活可使听觉皮层响应增强一小时,直接投射末梢却没有同样效果。经由rhinal皮层外侧部的间接联系,参与了这种较长期增强的形成。

原图3C局部:听觉皮层内来自lRCx的绿色投射纤维视野

同一个声音,为什么在一次强烈的脑内活动之后,能引起更大的响应?2023年5月9日发表于 Journal of Neuroscience 的研究,比较前扣带皮层前部(aACC)影响听觉皮层的两种路线。出人意料的是,较持久的增强没有沿最短的直接投射出现,而是涉及rhinal皮层外侧部(lRCx)这一中间节点。

关键发现

强激活aACC细胞、aACC至lRCx末梢或lRCx至听觉皮层末梢,都可引出较长期听觉响应增强;抑制lRCx时,aACC激活不再形成这种增强。雄鼠另行行为测试中,声诱发奔跑响应在一小时后也提高。

阅读目录 · 7个部分

最短的投射,没有带来相同的持续增强

此前研究发现,aACC直接投向听觉皮层的联系能短暂提高声音响应。本研究转向更长时间:在麻醉小鼠中,强激活aACC细胞后,听觉皮层的声诱发场电位斜率和群体放电逐渐增加,增强一直保留到一小时的观察末段。

低频激活没有产生同样增强,对照动物的光刺激也没有相同效果。更关键的是,把刺激位置移到听觉皮层中的aACC末梢,长时增强并未出现。脑区细胞激活与直接输出激活的差别,让研究者开始寻找另一条经过其他区域的联系。

场电位是许多细胞电活动的综合反映,群体放电则统计记录范围内的动作电位。研究中,场电位增强往往先于放电率上升。这意味着皮层网络接受和整合输入的变化,与最终发出的放电变化有各自的时间进程,两种读出共同描述了增强如何逐渐出现。

原论文图 2aACC细胞与直接末梢激活的比较
aACC细胞与直接末梢激活的比较
图2比较aACC细胞、直接听觉皮层末梢及对照条件下的声诱发群体放电和场电位变化。
来源:Liang Y et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

lRCx的输出也能增强听觉皮层响应

aACC示踪纤维不仅出现在听觉皮层,也到达lRCx;反向追踪同样找到这一上游联系。lRCx又有自己的兴奋性输出通向听觉皮层,因此具备成为中间节点的解剖条件。

激活lRCx位于听觉皮层的末梢,声诱发场电位和群体放电同样逐渐增强,并保持到记录后段。这一步表明,来自另一片皮层的输入,能够产生与aACC细胞激活方向相似的持续效应。

原论文图 3lRCx联系与末梢激活结果
lRCx联系与末梢激活结果
图3展示aACC、lRCx与听觉皮层的标记联系,以及lRCx至听觉皮层末梢激活后的长期响应。
来源:Liang Y et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

直接路线与间接路线,多数来自不同细胞

同时追踪通向听觉皮层和lRCx的细胞发现,aACC内两组标记大多分开,约5%的已标记细胞同时带有两种标记。直接投向听觉皮层的细胞主要位于深层,而投向lRCx的细胞在浅层和深层都能找到。

进一步标记接收aACC输入的lRCx细胞,可以在听觉皮层看到它们的纤维。这把两段联系接近起来:aACC能够影响lRCx,而接收相关输入的lRCx群体又可以把输出送向听觉皮层。

原论文图 4两类投射与间接联系
两类投射与间接联系
图4比较不同投射定义的aACC细胞、皮层层次分布,以及接收aACC输入的lRCx细胞向听觉皮层的输出。
来源:Liang Y et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

lRCx被抑制时,长时增强没有形成

解剖联系是否真正参与长时增强,还需要干预检验。研究者在形成增强之前抑制lRCx,再激活aACC细胞。此时听觉皮层没有形成此前看到的增强:场电位斜率未显著提高,群体放电还略有下降。

这一结果把lRCx从候选连接提升为形成过程中的功能节点。它仍没有指定变化最终保存在哪一处,因为中间皮层与听觉皮层之间可以继续相互影响;但正常活动的lRCx对这套增强形成条件确实重要。

原论文图 5抑制lRCx后的听觉响应
抑制lRCx后的听觉响应
图5展示lRCx抑制效果,以及随后aACC激活未能引出长期听觉响应增强的记录。
来源:Liang Y et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

aACC至lRCx末梢,能够推动增强

激活aACC时,lRCx可以出现兴奋性响应。研究进一步降低aACC胞体活动,同时在lRCx中激活来自aACC的末梢,听觉皮层仍出现持续增强。这样,增强不必依靠aACC胞体继续保持活跃。

上游末梢激活、下游末梢激活和中间区域抑制,三类证据彼此补充:lRCx不只是一张连接图中的过路站,它的参与能够改变听觉皮层之后怎样响应声音。

原论文图 6aACC至lRCx联系的功能作用
aACC至lRCx联系的功能作用
图6展示aACC输入引起的lRCx响应,以及降低aACC胞体活动时,其lRCx末梢激活引出的听觉皮层增强。
来源:Liang Y et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

一小时之后,声诱发奔跑也增强

另一组成年雄鼠行为实验把听觉响应联系到动作。aACC至lRCx末梢激活与声音配对后,一小时再测,同样声音引出的奔跑速度增幅提高,多个测试声强下都呈现增强;对照动物没有出现同样的上升。

研究由此把持续的神经响应变化与声诱发行为放在同一条问题线上。这里测量的是声刺激引出的奔跑,而不是频率辨别或听觉阈值;电生理观察包含雌雄动物,行为结论则来自雄鼠。

原论文图 7较长期声诱发行为变化
较长期声诱发行为变化
图7比较配对激活前后一小时的声诱发奔跑,并总结作者提出的直接、间接调节模型。
来源:Liang Y et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

皮层调节的路线,也关系到作用能留多久

这项研究提出,影响感觉皮层的不只是输入强弱,也包括输入经过哪里。此前直接路线产生短暂增强,而这次观察到的较长期变化涉及另一片皮层。在相近目标区域,网络可以用不同组织方式影响不同时间尺度。

增强的具体分子机制、自然经历何时会调用这条联系,仍未确定。现有证据最清楚地显示:经过lRCx的间接皮层联系,能够参与一小时尺度听觉响应增强的形成,并伴随之后更强的声诱发行动。

论文信息

Liang Y, Li J, Tian Y, Tang P, Liu C, Chen X.
The Anterior Cingulate Cortex Promotes Long-Term Auditory Cortical Responses through an Indirect Pathway via the Rhinal Cortex in Mice
The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · 2023-05-09
DOI: 10.1523/jneurosci.2252-22.2023