我们的许多身体功能，如走路、呼吸和咀嚼，都是由称为中枢振荡器的大脑回路控制的，这些回路产生调节这些行为的有节奏的放电模式。
麻省理工学院的神经科学家现在已经发现了这些电路之一背后的神经元身份和机制：一种振荡器，它控制着小鼠触觉胡须的有节奏的来回扫荡或搅拌。这是第一次在哺乳动物中完全表征任何此类振荡器。
麻省理工学院的研究小组发现，搅拌振荡器由脑干中的一群抑制神经元组成，这些神经元在搅拌过程中会发出节律性爆发。当每个神经元激发时，它还会抑制网络中的其他一些神经元，从而使整个群体产生同步节律，将晶须从其长期位置收回。
“我们已经在分子，电生理，功能和机械上定义了哺乳动物振荡器，”麻省理工学院脑和认知科学教授，麻省理工学院麦戈文脑研究所成员Fan Wang说。“看到哺乳动物如何产生节律的明确定义的电路和机制非常令人兴奋。
王是这项研究的资深作者，该研究今天发表在《自然》杂志上。该论文的主要作者是麻省理工学院的研究科学家高允俊和文森特·普雷沃斯托。
节奏行为
大多数明确识别中央振荡器电路的研究都是在无脊椎动物中完成的。例如，布兰代斯大学的Eve Marder实验室发现龙虾和螃蟹的口胃神经节中的细胞产生振荡活动以控制消化道的节律运动。
在哺乳动物中表征振荡器，特别是在清醒行为动物中，已被证明是非常具有挑战性的。控制行走的振荡器被认为分布在整个脊髓中，因此很难精确识别所涉及的神经元和电路。产生有节奏的呼吸的振荡器位于脑干的一部分，称为前伯青格复合体，但振荡器神经元的确切身份尚不完全清楚。
“还没有关于清醒行为动物的详细研究，人们可以记录分子识别的振荡细胞并以精确的方式操纵它们，”王说。
搅拌是许多哺乳动物中一种突出的节奏探索行为，它们使用触觉胡须来检测物体并感知纹理。在小鼠中，晶须以每秒约12个周期的频率伸展和缩回。几年前，Wang的实验室开始尝试识别细胞和控制这种振荡的机制。
为了找到搅拌振荡器的位置，研究人员追溯了支配胡须肌肉的运动神经元。使用一种感染轴突的改良狂犬病病毒，研究人员能够在称为中间网状核(vIRt)的脑干部分标记一组突触前的细胞对这些运动神经元。这一发现与先前的研究表明，对大脑这一部分的损害消除了搅拌。
研究人员随后发现，这些vIRt神经元中约有一半表达一种称为小白蛋白的蛋白质，并且这种细胞亚群驱动晶须的节律运动。当这些神经元被沉默时，搅拌活动被废除。
接下来，研究人员记录了清醒小鼠脑干中这些表达小白蛋白的vIRt神经元的电活动，这是一项技术上具有挑战性的任务，并发现这些神经元确实仅在胡须缩回期间才有活动爆发。由于这些神经元向晶须运动神经元提供抑制性突触输入，因此节律性搅拌是由恒定的运动神经元延长信号产生的，该信号被来自这些振荡器细胞的节律性缩回信号中断。
“这是一个非常令人满意和有益的时刻，看到这些细胞确实是振荡器细胞，因为它们有节奏地放电，它们在缩回阶段放电，它们是抑制神经元，”王说。