大脑的外层，称为皮层，由不同类型的神经元组成。神经科学研究表明，这些不同的神经元类型具有不同的功能，但由于无法在生物的大脑中检查和操纵它们，因此很长一段时间都很难确定。
近年来，遗传技术为研究细胞及其功能开辟了新的可能性。利用其中一些技术，Forschungszentrum Jülich，亚琛工业大学，冷泉港实验室和美国其他研究所的研究人员仔细检查了人类皮层中常见的不同锥体细胞的功能。
他们的研究结果发表在《自然神经科学》上，表明不同类型的锥体细胞驱动与不同大脑功能相关的皮质活动模式。该团队的研究建立在他们之前的一些工作的基础上，这些工作专注于皮层中的神经元活动。
“我们的论文基于我们早期的一项研究，其中我们使用功能成像来研究清醒，执行任务的小鼠的整个皮层的活动，”进行这项研究的研究人员之一Simon Musall告诉Medical Xpress。
“这也是基于我们的合作者Katherine Mato和Josh Huang的一篇论文，该论文引入了新的转基因小鼠系来靶向特定的神经细胞类型。将两者放在一起使我们能够选择性地研究整个皮层中高度特异性神经元类型的活动，并询问它们各自的大规模活动模式是否非常独特且功能专业化，或者更确切地说，遵循一些可能由已知皮层区域功能定义的一般规则。
在他们的实验中，Musall和他的同事首先采用了一种称为宽场钙成像的显微镜技术来观察在整个皮层特定类型的神经元中表达荧光蛋白的转基因小鼠系。当细胞变得活跃时，这种蛋白质会发出绿光，使研究人员能够测量这种光的变化，表明大脑的不同部分何时变得活跃。
随后，研究小组测量了小鼠皮层中的荧光。他们使用高度灵敏的相机系统来做到这一点，以非侵入性的方式测量通过清醒小鼠完整头骨的荧光。
“最值得注意的是，我们发现我们从不同细胞类型中观察到的皮层范围的活动模式非常不同，”Musall解释说。“这意味着一些大脑区域正在执行特定功能，例如处理感觉输入，但这只有在测量携带此功能的特定细胞类型的活动时才可见。
“相反，许多这些功能在非特异性成像数据中是不可见的，因为该区域不同细胞类型的活性混合在一起。对于大多数常规用于人类的大脑成像工具也是如此，例如fMRI，我们根据氧气消耗量测量不同大脑区域的活动。
Musall和他的同事收集的研究结果描绘了小鼠大脑中不同类型的锥体细胞在决策过程中引发的功能不同的皮质活动模式。即使所有的细胞似乎都在决策中发挥关键作用，不同类型的细胞也表现出不同的选择调整模式。
总体而言，研究人员的研究强调了新的显微镜和遗传工具在揭示大脑中不同神经元群体的特定功能方面的价值。此外，它表明，使用常规和非特异性成像技术获得的大脑活动图仅提供了大脑功能多样性的有限视图。
在未来，这项研究可能会激发旨在进一步检查皮层中特定神经元群体功能的新工作。研究人员的发现也可能为更好地理解人类决策的复杂神经基础铺平道路。
“这些地图中的每一个都可能包含无数更详细的细胞类型特定子图谱，这些子图谱可以揭示我们仍然不知道的全新活动模式和大脑功能，”Musall补充道。“到目前为止，我们只研究了最大的神经元类型，使用我们可用的遗传工具。
“我们现在计划结合遗传和解剖工具，以获得更高的特异性，并揭示我们在什么时候获得更完整的大规模活动模式的图片，这些模式捕获了不同神经元亚型的全部功能范围。
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