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小鼠体感区桶状皮层(barrel cortex)是胡须感觉信息投射和整合区。通过这些胡须,它们能够识别物体的位置,形状,大小以及表面粗糙度、深度等特征信息。其中频率信息是胡须触觉中重要的物理学参数,频率的增加的刺激能够诱发感觉的敏感,相同特征的刺激诱发感觉的适应。我们利用双光子钙成像、电生理和药理学等方法研究了小鼠皮层barrel区神经元和星形胶质细胞对不同感觉刺激模式诱发反应的时空特性。
我们发现在barrel区局部网络中的神经元和星形胶质细胞功能被胡须感觉信息输入所激活。神经元和星形胶质细胞在反应幅度上具有多样性,在时间上具有同步性,空间分布具有稀疏性。这些结果提示出小鼠barrel皮层的神经细胞可能存在特殊的时空特性和功能连接进行胡须感觉频率的编程。
我们发现频率能够增加上调神经元和星形胶质细胞的反应强度和同步性,以及网络功能连接的数量,提示出barrel区通过增加反应强度和协同性来编程胡须感觉频率信息。另外,相同特征的胡须感觉刺激诱发神经元和星形胶质细胞的反应活性降低,及其活动在空间上和时间上去同步化,神经元和星形胶质细胞之间的缺少协调性。这种神经元和星形胶质细胞功能在空间和时间上的下调被局部施加AMPA受体脱敏感抑制剂所逆转。因此,在胡须感觉适应过程中,barrel皮层神经元和星形胶质细胞反应活性的下降和去同步化是由AMPA受体脱敏感参与介导完成的。
总而言之,我们发现神经元和星形胶质细胞通过动态调节网络活动强度、同步性和功能连接来协同编程感觉的频率信息,突触AMPA谷氨酸受体敏感性介导这种协同性的改变。