Der thalamus ist eine „Grand Central Station“ für sensorische Informationen an unser Gehirn. Fast jedes sehen, hören, schmecken und berühren, die wir wahrnehmen, reist unser Gehirn cortex über den thalamus. Es wird vermutet, dass der thalamus spielt eine wichtige Rolle im Bewusstsein selbst. Nicht nur, dass sensorische Informationen Durchlaufen den thalamus, es wird auch verarbeitet und verwandelt durch den thalamus, so dass unser cortex, besser zu verstehen und zu interpretieren diese Signale aus der Welt um uns herum.
Eine mächtige Art der transformation kommt von Interaktionen zwischen exzitatorischen Neuronen, tragen Daten zu den neocortex und inhibitorischen Neuronen, die von den thalamic retikulären Kern, oder TRN, dass die Regelung von Durchfluss der Daten. Obwohl die TRN hat längst erkannt, wie wichtig, viel weniger ist bekannt über welche Arten von Zellen sind in der TRN, wie Sie organisiert sind und wie Sie funktionieren.
Nun ein Papier veröffentlicht in der Zeitschrift Natur adressiert diese Fragen. Forscher um entsprechende Autor Scott Cruikshank, Ph. D., und co-Autoren Rosa I. Martinez-Garcia, Ph. D., Bettina Voelcker, Ph. D., und Barry Connors, Ph. D., zeigen, dass die somatosensorischen Teil des TRN gliedert sich in zwei funktionell unterschiedliche sub-circuits. Jeder hat seine eigenen Arten von genetisch definierten Neuronen, die topographisch getrennt, sind physiologisch ausgeprägt und verbinden Sie sich wechselseitig mit unabhängigen thalamocortical Kerne durch dynamisch abweichende Synapsen.
„Diese Ergebnisse liefern grundlegende Erkenntnisse darüber, wie die subnetzwerke der TRN-Neuronen können differentiell Prozess unterschiedliche Klassen von thalamic Informationen,“ Cruikshank sagte. „Die genetischen Unterschiede fügen Sie einige Aufregung um unseren wichtigsten Ergebnisse, denn Sie ermöglichen leistungsfähige neue optogenetische und chemogenetic Strategien für die überprüfung von Verhaltens-und Wahrnehmungs-Funktionen dieser TRN sub-circuits. Ein langfristiges Ziel ist für viele von uns arbeiten in diesem Bereich ist zu erfahren, wie die TRN koordiniert den Informationsfluss zu und von den neocortex, lenkt die Aufmerksamkeit auf wichtige Reize und die Unterdrückung von Ablenkungen. Wenn ein solches Verständnis ist schließlich erreicht, könnte es helfen, zu klären, wie Bewusstsein ist verloren, während eine form von Epilepsie—absence Epilepsie—die kritische beinhaltet die TRN.“
Cruikshank ist assistant professor an der Universität von Alabama in Birmingham, Abteilung Neurobiologie. Die experimentelle Arbeit wurde an der Brown University, Providence, Rhode Island, wo Cruikshank war ein research track professor vor seiner Tätigkeit bei UAB letzten November.
In einigen der Einzelheiten der Studie, die Forscher zunächst festgestellt, dass die somatosensorischen TRN hat zwei Sätze von Neuronen. In einem zentralen Kern der TRN sind die Neuronen exprimieren calbindin protein-und mRNA. Dieser Kern ist umgeben von einer Hülle aus Neuronen, exprimieren somatostatin-protein-und mRNA.
Es gibt auch zwei somatosensorischen thalamocortical Kernen—das heißt, Atomkerne, übermitteln sensorische Informationen aus dem thalamus auf die Großhirnrinde. Die eine ist die first-order ventralen posterioren nucleus, oder VP, und die andere ist die höher -, um-posterior-medialen thalamic nucleus, oder POM. Diese beiden Kerne senden unterschiedliche Informationen zu verschiedenen neokortikalen Ziele und auch senden kollaterale Axone der TRN. So, die Forscher versucht, zu klären, die Organisation der Strecken, den Schwerpunkt auf die Frage Erster Ordnung und höherer Ordnung thalamocortical Kerne kommunizieren, mit den beiden Subtypen der TRN-Neuronen. „Dies ist wichtig zu verstehen, thalamic die Verarbeitung von Informationen,“ Cruikshank sagte.
Cruikshank und Kollegen verwendeten ein channelrhodopsin-gelb fluoreszierende protein anterograde tracing-Verfahren, entweder von der VP oder POM-Karte Ihre Eingaben, um die TRN. Sie fanden eine stark anatomische segregation der Projektionen, die den Einklang mit der Trennung von TRN Zelltypen—VP Axone stark gemacht synaptischen verbindungen mit Zellen in der calbindin-Reich der zentralen zone der TRN; POM Axone synapsed mit den Zellen entlang der somatostatin-Dichte der Kanten. Der isolierte Prognosen waren weitgehend auf Gegenseitigkeit—das heißt, die beiden TRN Zelltypen überwiegend gehemmt die gleichen thalamocortical Kerne, die Sie Antrieb.
Die Forscher weiter zeigten, dass die TRN sub-schaltungen hatten funktional unterschiedliche physiologische Mechanismen, die verschiedene Verarbeitung. „Unsere Experimente zeigten, dass zentral-und edge-Zellen differentiell verwandeln Ihre Muttersprache erregenden thalamic Eingänge in verschiedene Spick-Ausgänge durch Unterschiede in der Dynamik Ihrer synaptischen Eingänge und Ihrem inneren burstiness,“ Cruikshank sagte. „Wir waren fasziniert, dass die TRN-response-Muster, die schien zu passen die Arten von Informationen durchgeführt, die in die zwei sub-schaltungen. Die primären zentralen Zellen hatte starke, aber transiente Spitzen—ideal für die Verarbeitung von diskreten Sinneseindrücke. Die edge-Zell-Antworten wurden stabiler und nachhaltig—im Einklang mit zeitlich verteilt, höher -, um Signale aus verschiedenen Quellen zu integrieren.
Wenn die Forscher bei der visuellen TRN, fanden Sie sub-schaltungen ähnlich wie die somatosensorischen TRN. Dies wiederum legt nahe, die Forscher sagen, dass eine primäre Kern—flankiert von höherer Ordnung Rand—Neurone kann zu einer verbreiteten TRN-Motiv.
Die Ergebnisse Herausforderung ist eine langjährige Hypothese über die Art und Weise TRN setzt Ihre Rolle als gatekeeper den Informationsfluss. „Es wurde vorgeschlagen, dass hemmende cross-talk zwischen unterschiedlichen thalamic schaltungen kann es Ihnen ermöglichen, regulieren einem anderen lokal“, Cruikshank sagte. „Aber die scharfen und die gegenseitige Trennung von sub-schaltungen, die wir beobachtet haben, deutet darauf hin, dass intrathalamic cross-talk kann eine geringe Rolle spielen, und vielleicht sollten wir schauen, um andere Mechanismen für die cross-system-Verordnung.“