第24期FM脑科学新闻痛觉的神经环路机制，基于一

导读：Young，晨鹤，行者，无信号仪器，Ziyi责编：Effie Liu主播：小胡背景音乐：夜的钢琴曲五——石进

NEURON | 痛觉的神经环路机制

我们对痛觉感受既爱又恨，痛觉是生物进化保留下来的必要保护机制，但同时牙疼、头痛等病理性疼痛大大降低了我们的生活质量。然而，痛觉信号是如何从脊髓的感觉神经元传递到大脑并产生痛觉的？这当中又是哪些特定类型的神经元在起作用？近期，孙衍刚实验组的研究人员运用病毒示踪、电生理、化学遗传学、光遗传、行为学等方法发现了一条脊髓-臂旁核（The parabrachial nucleus, PBN) -丘脑板内核（intralaminar thalamic nuclei, ILN) 痛觉信号上行通路。通过抑制同侧臂旁核-脊髓投射，可大大减少福尔马林诱发的小鼠舔舐行为，而抑制对侧臂旁核-脊髓通路则没有相应效果，暗示同侧通路和对侧通路对痛觉信息加工起着不同的作用。这其中是臂旁核内一群表达速激肽I型受体（Tacr1）的神经元在起作用。此外，和之前的认识不同，他们发现痛觉信息并非直接传递到杏仁核，而是从臂旁核直接投射到丘脑板内核。该研究为临床疼痛缓解及治疗提供了新方向。（导读：Young）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.06.017图片链接：https://www.pexels.com/photo/brown-and-white-bear-plush-toy-42230/

Science | 基于一维仿生多突触的电子纺织神经网络

买一个小米手环，你就能随时查看自己的心率和睡眠情况，但想要让小米手环通过心率数据评估心脏健康就有些强人所难了。因为受制于电池容量，可穿戴设备在面对大量杂乱的感知数据时所能做的依然有限。为了突破这一瓶颈，韩国高丽大学的研究团队受到大脑能在低功耗下高效处理大量感知信息的特点启发，设计了一种柔性一维纤维状多突触(multi-synapses)，并利用其纺织出神经网络的结构，以便可穿戴设备通过神经形态计算(neuromorphic applications)来更好地分析来自人体及周围环境的信息（例如能通过心率初步判断各类心血管疾病的心电贴)。这些人造的多突触由直径100微米的银导线及附着其上的多个有机铁电场效应晶体管(organic ferroelectric field effect transistor)构成。由于其呈线形且可被弯曲，可以被轻松编进织物并形成复杂的电路。值得一提的是，即使是这种一维多突触构成的单层神经网络对MNIST(包含了数万个手写数字的数据集)和心电图的模式识别准确率也分别达到了～90％和～70％，而且无论如何弯曲其准确率都能几乎保持不变，反映出这种多突触在机械弯曲应力下的可靠性。(导读：晨鹤）

原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/28/eaba1178.full.pdf图片来源：https://images.unsplash.com/photo-1590582058321-50271db3e249?ixlib=rb-1.2.1&ixid=eyJhcHBfaWQiOjEyMDd9&auto=format&fit=crop&w=1600&q=80

CELL | 大脑白质扩张的秘密

人类的大脑在进化过程中是如何获得更大的体积，更丰富的沟回结构，是科学家们一直想要解决的问题。近期，CELL上的一篇研究从另一个角度揭开大脑扩增的秘密。这篇文章的研究重点不在于由神经元和部分胶质细胞构成的大脑灰质，而在于位于灰质腹侧、由胶质细胞和神经元轴突构成的大脑白质。研究人员结合了单细胞RNA测序、免疫组化、体外脑片培养和长时程成像等先进技术，对人类大脑白质中的少突胶质细胞的来源和行为做了系统的分析。首先，他们证实少突胶质前体细胞（oligodendrocyte precursor cells, OPCs）不仅可以从腹侧放射状胶质干细胞（ventral radial glial cells, vRGs）分裂得到，它们还可以由外脑室区放射状胶质干细胞（outer radial glial cells, oRGs）产生。并且，他们在这中间找到了一种新的细胞类型，并命名为Pre-OPCs 。此外，少突胶质前体细胞还可以进行多轮自我增殖，大大扩增了白质内少突胶质细胞的数量。有趣的是，少突胶质前体细胞对称分裂产生的两个子代细胞会互相排斥，迅速扩散，各自占领领地，为下一轮的增殖做准备。这种互斥行为是由一种少突胶质前体细胞特有的原钙粘附蛋白质家族成员PCDH15所介导。该研究首次阐述了大脑白质扩增的细胞学机制，并暗示临床上的某些神经发育疾病也可能与胶质细胞发育异常有关。(导读：Young)

原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30759-5图片链接：https://www.pexels.com/search/oligodendrocyte/

Neuron | 消除毒品成瘾的橡皮擦

一日吸毒，终身想毒。戒毒，为什么如此艰难？中科院朱英杰团队最近的实验结果发现：毒瘾在人脑内会形成持久、环境关联性极强的记忆，戒毒后一旦回到过往的环境或接触毒友，这种关联性记忆极易被唤醒，从而再次触发毒瘾，造成复吸。破坏与吸毒体验相关的环境记忆或许是解决成瘾问题的关键，对此朱英杰团队展开了进一步的研究。利用病毒示踪技术和光纤记录方法，观察到在毒品记忆形成、提取和持续的过程中，小鼠大脑中丘脑室旁核（PVT)到中央杏仁核(CeA)，以及PVT到伏隔核（NAc）的两条神经通路被激活了。研究发现，PVT-CeA通路与成瘾记忆的形成密切相关，也就是说，这条通路会让瘾君子将吸毒时的快感与吸毒环境联系，当再次置身于环境中，就会激起复吸的强烈愿望；而PVT-NAc通路与成瘾记忆的提取和维持密切相关，抑制这条通路，成瘾记忆似乎被擦除了，更重要的是，这种擦除作用可以持续较长时间。这为预防及治疗毒品复吸提供了新的靶点与参考。（导读：行者）

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.06.028图片链接：http://klf.de/home/discography/videos/

The Journal of Neuroscience | 经验募集MSK1以扩大突触的动态范围并增强认知

俗话说：吃一堑，长一智。经验对人类以及其他哺乳动物的大脑的结构、神经元的功能和认知能力都会产生深远的影响。一系列研究已经证明，啮齿类动物在进入丰富的环境后认知能力会增强，同时发生一些细胞层面的变化，如神经发生、树突棘密度增加、突触可塑性增强。那么大脑是如何将我们吃的亏转换为精神财富的呢？为了研究其中的细胞和分子机制，文章作者将目光瞄准在丝裂原和应激激活的蛋白激酶MSK1（mitogen- and stress-activated protein kinase 1）上，因为MSK1不但可以调控基因表达，而且在突触强度的调节中也扮演了必不可缺的角色。作者使用了MSK1失活的小鼠，结合开阔地和迷宫行为学实验、电生理记录及RNA-Seq技术，发现经验可以诱导空间记忆的增强，而MSK1是此功能完全实现的必要因素，同时MSK1也是扩大突触的动态范围和调节某些基因的必要因素，这些基因包括大部分被环境丰富化（enrichment）影响的基因。由此可知MSK1在外部环境持续影响基因表达、突触功能和认知的主要机制中有着十分重要的地位。（导读：无信号仪器）

文章链接：https://www.jneurosci.org/content/40/24/4644图片来源：https://unsplash.com/photos/JKnrqrhIOH8

eLife| 稳定信息的动态表达

神经元对于环境和任务的稳定表达被认为是习得技能和记忆的根本，然而最近的研究显示，相比起同一群神经元长期表达特定任务，我们的大脑可能采取了更加动态的策略，让信息在不同神经元群体中流动。Rule等人使用了Driscoll等在2017年发表的数据，模拟了一个生物意义上可行的模型，来解释代表信息在不同神经元中的迁移。作者等人让小鼠在虚拟现实中学习指定空间任务，并用钙成像技术长期从后颞叶（PPC）采集数据。他们首先确认了神经元群体迁移的发生，而后基于最小平方差模拟的一个线性神经元模型成功模拟了这种迁移。在我们的大脑中，神经元之间的突触连接强度常常反映这些神经元所参与回路的活动水平，而这个模型恰好可以模拟大脑对于突触连接水平的调整，从而解释编码信息的神经元在脑区内的迁移。不仅如此，该模型还可以反映各种可能的学习策略。这种神经元代表信息的变化并不适用于全脑，例如运动和感觉皮层的神经元就展现出极高的稳定性，但因为这些脑区也和PPC交流，神经元群体的迁移在神经系统里的作用仍不可小觑。（导读：Ziyi）