Persönliche Gesundheit

Neue Methode klassifiziert Gehirn Zellen, die basierend auf elektrischen Signalen

Jahrzehnte lang haben Neurowissenschaftler stützte sich auf eine Technik zum Auslesen Elektro – „spikes“ der Aktivität des Gehirns in Leben, Verhalten, Themen, die Ihnen sagt sehr wenig über die Arten von Zellen, die Sie überwachen. In einer neuen Studie, Forscher an der Universität Tübingen und MIT Picower-Institut für Lernen und Gedächtnis zeigen eine Möglichkeit, erhöhen Sie Ihre Einsicht durch die Unterscheidung in vier unterschiedliche Klassen von Zellen aus, die spiking-Informationen.

Die advance bietet Gehirn-Forscher die chance, besser zu verstehen, wie verschiedene Arten von Neuronen beitragen zu Verhalten, die Wahrnehmung und das Gedächtnis, und wie Sie auf Störungen in Fällen von psychiatrischen oder neurologischen Erkrankungen. Viel wie kann die mechanik besser zu verstehen und Fehlerbehebung einer Maschine zusehen, wie jedes Teil funktioniert wie es läuft, Neurowissenschaftler, sind auch besser in der Lage zu verstehen das Gehirn, wenn Sie zu necken auseinander die Rollen, die verschiedenen Zellen zu spielen, während es denkt.

„Wir wissen aus anatomischen Studien, dass es mehrere Arten von Zellen im Gehirn und wenn Sie dort sind, müssen Sie es für einen Grund,“ sagte Earl Miller, Picower Professor von Neurologie in der Abteilung Brain and Cognitive Sciences am MIT und co-senior-Autor des Papiers in Current Biology. „Wir können nicht wirklich verstehen die funktionellen schaltkreise des Gehirns, bis wir vollständig verstehen, was die verschiedenen Rollen dieser verschiedenen Zelltypen spielen könnte.“

Miller zusammen mit dem Tübinger team von lead-Autor Caterina Trainito, Constantin von Nicolai und Professor Markus Siegel, co-senior-Autor und ein ehemaliger postdoc in Miller ‚ s lab zu entwickeln, der neue Weg, um ein paar mehr Euronen geben Informationen aus der Elektrophysiologie Messungen. Diese Maßnahmen verfolgen das schnelle Spannungsänderungen, oder spikes, dass Neuronen zeigen, wie Sie die Kommunikation in schaltungen, ein Phänomen, das wesentlich für die Funktion des Gehirns.

„Identifizierung der verschiedenen Zelltypen wird der Schlüssel zu verstehen, die sowohl lokale als auch groß angelegte Informations-Verarbeitung im Gehirn“ Siegel sagte.

Vier ist mehr als zwei

Am besten haben Neurowissenschaftler bislang nur in der Lage zu bestimmen, von der Elektrophysiologie, ob ein neuron war, erregend oder hemmend. Das ist, weil Sie nur analysiert der Unterschied in der Breite der Spitze. Die typische Menge von Daten in einem Elektrophysiologie-Studie—spikes von ein paar hundert Neuronen -nur unterstützt, der Grad der Unterschied, sagte Miller.

Aber die neue Studie könnte weiter gehen, denn es leitet sich aus einem Datensatz der Aufnahmen aus fast 2500 Neuronen. Miller und Siegel gesammelt werden die Daten vor Jahren am MIT von drei Regionen in der Hirnrinde von Tieren, die ausgeführt wurden, experimentellen Aufgaben, die integrierte Wahrnehmung und Entscheidungsfindung.

„Wir erkannten das ungemein reiche Ressource zur Verfügung, das“ Siegel sagte.

Das team hat sich entschieden, den Datensatz durch eine Klingel von ausgefeilten statistischen und computergestützten Analyse-tools, um die Wellenformen der Spitzen. Die Analyse ergab, dass die Wellenformen könnte tatsächlich sortiert werden entlang von zwei Dimensionen: wie schnell die Wellenform bewegt sich zwischen dem niedrigsten und höchsten Spannung („trough-to-peak Dauer“), und wie schnell die Spannung ändert sich wieder danach, wieder aus der peak-to-normal („¤re Repolarisation Zeit“). Plotten diese beiden Faktoren gegen einander fein säuberlich sortiert die Zellen in vier verschiedene „Cluster“. Nicht nur wurden die Cluster deutlich über den ganzen Datensatz, sondern einzeln in jedem der drei kortikalen Regionen, zu.

Für die Unterscheidung einen Sinn haben soll, die vier Klassen von Zellen zu funktionellen unterschieden. Um dies zu testen, haben die Forscher beschlossen, Sortieren Sie die Zellen aus, basierend auf anderen Kriterien wie „firing rate“ (wie oft Sie spike), ob Sie dazu neigen, um das Feuer in bursts und wie variabel Ihre Intervalle zwischen den spikes—alle Faktoren, wie Sie sich beteiligen und Einfluss auf die schaltungen, die Sie verbunden sind. In der Tat, die Zelle Klassen blieb klar von diesen Maßnahmen.

In einer weiteren phase der Analyse der Zelle-Klassen blieben auch unterscheiden, wie die Forscher beobachtet, wie Sie reagieren, um die Tiere zu sehen und die Verarbeitung visueller stimulation. Aber in diesem Fall sah der Zellen spielen verschiedene Rollen in verschiedenen Regionen. Ein Klasse-1-Zelle, zum Beispiel, könnte anders reagieren in einer region als in einem anderen.

„Diese Zelltypen sind wirklich verschiedene Zelltypen, die unterschiedliche Eigenschaften haben,“ sagte Miller. „Aber Sie haben unterschiedliche Funktionen in verschiedenen kortikalen Bereichen, weil unterschiedliche kortikale Areale haben unterschiedliche Funktionen.“

Neue Forschung-Fähigkeit

In der Studie der Autoren spekulieren über die realen neuron Typen Ihre vier mathematisch definierten Klassen am ehesten ähneln, aber Sie nicht und bieten dennoch eine definitive Bestimmung. Noch, Miller sagte, die feiner abgestufte Unterscheidungen der Studie zieht sind genug, um ihn wollen Analyse alte neuronale spiking-Daten, um zu sehen, welche neuen Dinge, die er lernen kann.

Einer von Millers Forschungsschwerpunkte liegt in der Natur der Arbeitsspeicher—unsere Fähigkeit zu halten Sie Informationen wie Richtungen im Auge, während wir es nutzen. Seine Forschung hat gezeigt, dass es aktiviert ist durch ein Komplexes zusammenspiel von Gehirn-Regionen und zeitgenauer platzt der neuronalen Aktivität. Jetzt darf er in der Lage sein, um herauszufinden, wie verschiedene Klassen von Neuronen, die bestimmte Rollen in bestimmten Regionen verleiht uns mit diesem handlichen geistige Fähigkeit.