两个不同的回路驱动大脑感觉

丘脑是感觉信息进入大脑的“大中枢站”。几乎我们感知到的每一个视觉、声音、味觉和触觉都通过丘脑传到大脑皮层。有人认为丘脑在意识本身中起着重要作用。

感觉信息不仅通过丘脑传递，也被丘脑处理和转换，这样我们的大脑皮层就能更好地理解和解释来自我们周围世界的这些信号。

一种强大的转化来自于将数据传送到新皮层的兴奋性神经元和丘脑网状核（TRN）的抑制性神经元之间的相互作用，后者调节数据的流动。虽然TRN长期以来被认为是重要的，但是对于TRN中的细胞种类、它们是如何组织的以及它们是如何工作的却知之甚少。

现在发表在《Nature》杂志上的一篇论文讨论了这些问题。由通讯作者Scott Cruikshank博士和合作作者Rosa I.Martinez Garcia博士、Bettina Voelcker博士和Barry Connors博士领导的研究人员表明，TRN的体感部分分为两个功能不同的子电路。每一种神经元都有自己的基因型神经元，它们在地形上是分离的，在生理上是不同的，并通过动态发散的突触与独立的丘脑皮质核相互连接。

“这些结果提供了关于TRN神经元的子网络如何不同程度地处理不同种类丘脑信息的基本见解，”Cruikshank说。“这些基因差异给我们的主要发现增添了一些兴奋，因为它们将为探索这些TRN子环路的行为和感知功能提供强有力的新的光遗传学和化学发生策略。对于我们许多在这方面工作的人来说，一个长期的目标是学习TRN如何协调信息流进出大脑皮层，引导注意力集中于重要的刺激和抑制分心。如果这一认识最终得以实现，它将有助于阐明意识意识在癫痫发作中是如何丧失的。”

在一些研究细节中，研究人员首先发现体感TRN有两组神经元。在TRN的一个中央核心是表达钙结合蛋白和mRNA的神经元。这个核心被表达生长抑素蛋白和mRNA的神经元外壳包围。

还有两个体感丘脑皮质核，也就是把感觉信息从丘脑传递到新皮质的核。一个是一级腹后核（VP），另一个是更高阶的丘脑后内侧核（POM）。这两个核向不同的皮质靶区发送不同的信息，同时也向TRN发送侧支轴突。因此，研究人员试图弄清楚这些回路的组织，重点是一级和高阶丘脑皮质核如何与两种亚型的TRN神经元进行通讯。这对于理解丘脑信息处理是至关重要的。

Cruikshank和他的同事使用了一种从VP或POM顺行追踪通道视紫红质黄色荧光蛋白的方法，将他们的输入映射到TRN。他们发现了一个与TRN细胞类型的分离一致的突出物的解剖分离——VP轴突与TRN富含钙结合蛋白的中心区的细胞形成了强大的突触联系；POM轴突与生长抑素密集边缘的细胞形成突触。分离的投射在很大程度上是相互的，也就是说，两种TRN细胞主要抑制驱动它们的丘脑皮质核。

研究人员进一步表明，TRN子电路在功能上有不同的生理机制，导致不同的处理。“我们的实验表明，中央和边缘细胞通过突触输入的动力学和内在的猝发性的差异，将其固有的兴奋性丘脑输入不同地转化为不同的尖峰输出，”Cruikshank说。“我们很好奇TRN的响应模式似乎与两个子电路中携带的信息类型相匹配。初级中枢细胞有强烈但短暂的峰值，是处理离散感觉事件的理想选择。边缘细胞的反应更加稳定和持久——与来自多个信号源的时间分布的高阶信号一致。”

当研究人员观察视觉TRN时，他们发现了类似于体感TRN的子环路。研究人员说，这反过来表明，一个初级的中央核-两侧有高阶边缘神经元-可能是一个广泛存在的TRN基序。

这些发现挑战了长期以来关于TRN如何实现其作为信息流把关人角色的假设。“有人提出，不同丘脑回路之间的抑制性串扰可以使它们在局部相互调节。然而，我们观察到的子环路的强烈和相互分离表明丘脑内的串扰可能起次要作用，也许我们应该寻找其他跨系统调节机制。”

“Scott Cruikshank的这项工作将一袋杂乱无章的神经细胞分离成优雅的子环路，这些子环路具有不同的功能，具有不同的性质和投射，”UAB神经生物学主席、医学博士Craig Powell说。“这些结果有助于我们更好地理解大脑如何处理不同类型的感觉输入。TRN是一个负责儿童期癫痫（失神发作）发作的关键脑区，因此这项工作可能有助于确定治疗儿童癫痫的新疗法，这种疗法在神经发育障碍中很常见，也是UAB Civitan国际研究中心的一个重点。”