Science——科学家揭示大脑感知功能中树突活化和感知阈值相关

   我们知道人类之所以能够适应如此复杂的环境，构建高级的生物学和社会学等级机构，最重要的原因是人类有大脑，其能够不断的感知周围的环境，并做出决策和通过行动改变世界。但是科学家对于人类大脑是如何进行感知的神经元机制并不清楚，尤其是在大脑皮层中，众多的锥体细胞和中间神经元构成了复杂的功能网络，以致于即使采用当前最先进的计算机也无法完全模拟大脑的皮层的计算模式。

   在一个锥体细胞中，一般会有两类树突，一类是apical树突，另一类是basal树突，两类树突具有不同的形态功能。本项研究的科学家发现了apical树突的活化和小鼠的触觉感知有关，而且通过光调控apical树突，可以影响触觉感知的阈值，这就说明了树突的活动和感知之间直接存在因果联系。我们就来看一下，科学家怎么做的实验。

   图1中A介绍了Apical amplification （AA）hypothesis，即树突的活动是由两部分信息激活的，一部分是前馈信息、另一部分是反馈信息（FB）。研究人员采用了小鼠胡须的触觉感知实验并结合双光子成像来进行研究。他们发现的是胡须的偏转角和刺激的强度呈比例关系，且不随时间的改变而改变，而刺激强度越大的话，反应时间也越长。经过双光子成像的话发现了刺激强度越大，apical树突的Ca2+信号也越强。

   研究人员通过统计分析计算得到两个定量参数用于衡量apical树突对于小鼠胡须触觉刺激的预测价值，一个是SI，相似指数，另一个是DI，鉴别指数。他们发现了至少两类神经元，第一类是当SI和DI两者都大于0，则行为学测度和神经测度之间正向改变，另一类神经元，SI和DI都小于0，呈现反向关系。

   同理，研究人员进一步在L5的神经元上记录Ca2+信号，发现了至少两类神经元，其中一类表现为DI大于0，另一类为DI小于0，当然还有第三类，DI接近于0。

       研究人员进一步在L5的神经元上记录Ca2+信号，发现了至少两类神经元，其中一类表现为DI大于0，另一类为DI小于0，当然还有第三类，DI接近于0。也就是说在这些神经元中，一类神经元的树突活动和行为学改变呈正向关系，另一类是呈反向关系。但是二者之间是否一定存在因果联系呢？

     首先是采用药理学方法，定点给GABA受体激动剂，抑制树突钙活动，他们发现了，整个神经测度和行为测度的曲线发生了平移。接下来，他们又在L5神经元上表达Cl-光通道蛋白抑制树突钙活动，发现了也能够抑制神经元对触觉刺激的反应性。

   考虑到中枢中中间神经元的调控作用，接下来，研究人员在SOM神经元中表达阳离子光通道蛋白，发现了激活了SOM神经元后，可以使得整个预测曲线发生偏移，降低了神经测度对行为学测度的预测概率。如果直接激活呢，则可以显著的增强神经测度对行为学测度的预测概率。

总结

   这项研究为揭示树突编码感知功能的神经生物学机制做出了贡献，他们不仅仅发现了树突的作用，而且还间接的揭示了局部神经环路在感知中的调控作用。

原文链接：Active cortical dendrites modulate perception.Science 354 (6319), 1587-1590.