《Nature Neuroscience》关于自发行为的神经动力学变化的新见解

过去的研究一直将哺乳动物的自发行为与大脑皮层(哺乳动物大脑的外层)内神经元活动的变化联系起来。然而，皮层活动模式和行为之间的复杂关系仍然知之甚少。

耶鲁大学和加州大学圣地亚哥分校的研究人员最近在小鼠身上进行了新的实验，旨在进一步探索这些联系。他们的论文发表在《自然神经科学》杂志上，为研究小鼠皮层中的神经元如何表现行为信息提供了新的见解。

开展这项研究的团队首席研究员Michael J. Higley告诉《医学快报》(Medical Xpress):“几年来，我们的实验室一直在开发对清醒、行为正常的小鼠大脑皮层活动进行成像的方法。这些复杂的数据集给分析和解释它们与行为的关系带来了一些深刻的挑战。通过与耶鲁大学数学系的Ronald Coifman的合作，博士后Hadas Benisty利用她在数学和信号处理方面的专业知识，以新的方式看待我们的成像数据。”

Higley和他的同事们最近研究的主要目的是确定与自发行为相关的神经信号的各个方面，这些方面与动物行为的实时变化密切相关。为了做到这一点，他们使用了光学成像技术，使神经科学家能够在动物清醒并从事各种活动时仔细检查特定细胞类型的活动。

“通常情况下，我们将大脑分成几个不同的区域，并测量每个区域的活动如何随时间上升和下降，”Higley说。“以前的研究(包括我们自己的实验室的研究)研究了这些上下波动是如何在动物行为的测量变化中发生的(比如在轮子上跑步)。在这里，我们还研究了区域'对'之间的相关性如何随着时间的推移而变化。”

Higley和他的同事们发现，皮层区域之间神经活动的这些相关性，通常被广泛称为功能连接，往往会随着时间的推移而迅速变化。这意味着，例如，一个区域和另一个区域的活动之间的相似性可能很高，然后在几百毫秒内变得很低。

“我们还第一次观察到，这些快速变化的相关性也与动物行为的快速变化密切相关，”Higley说。“单个脑细胞(神经元)在接收到来自许多不同区域的同步(相关)输入时最强烈地激活。因此，这种相关性的时间变化表明，单个细胞可能以一种独特的方式被行为调节。”

Highly和他的同事们最近的研究提供了一种新的方式来理解神经动力学是如何随着自发的动物行为而变化的。具体来说，它表明单个细胞可能在它们接收到的输入相互关联的时候更活跃，而不仅仅是当这些输入很强的时候。

在接下来的研究中，研究人员计划继续探索功能连接模式和自发动物行为之间的复杂联系。首先，他们计划尝试使用先进的研究方法，如光遗传学技术，来确定神经活动和行为之间的因果关系。

“利用光遗传学，我们可以短暂地干扰目标区域的活动或相关性，并探索这种操作是否会改变动物的行为，”Higley补充说。“我们还想将我们的分析扩展到更复杂的行为，比如小鼠主动在环境中导航以寻找奖励。最后，我们正在研究自闭症等神经发育障碍遗传模型中模式活动和行为之间的关系，试图了解遗传扰动如何最终导致行为中断。”