Публикации - Институт биологических исследований Солка

все публикации

Хоу, Дж.Р., Чен, К.Л., Ли, Д., Бланкар, М., Ли, Дж.Х., Декостер, Л., Ромеро, Х.К., Задина, А.Н., Лемье, М.Э., Миллс, Ф., Деспла, Пенсильвания, Тай, км, Корень, CM Контроль врожденной обонятельной валентности с помощью отдельных кортикальных цепей миндалевидного тела. (2026) Элиф. 14. DOI: 10.7554/eLife.104677

+ развернуть аннотацию

Животные демонстрируют врожденное поведение, представляющее собой стереотипные реакции на специфические эволюционно значимые стимулы в отсутствие предварительного обучения или опыта. Заднелатеральная кортикальная миндалевидная железа (plCoA) опосредует врожденное влечение и отвращение к запаху. В данном исследовании мы стремились определить особенности нейронных цепей plCoA, которые приводят к врожденному влечениям и отвращениям к запаху у мышей. Во-первых, мы исследовали реакции на запах в этих областях и обнаружили скудное кодирование идентичности запаха, но не его валентности. Затем мы рассмотрели топографическую организацию и обнаружили, что оптогенетическая стимуляция передней и задней областей plCoA вызывает избегание и влечение соответственно, что предполагает наличие функциональной оси для валентности. Используя секвенирование РНК отдельных клеток и пространственное секвенирование, мы идентифицировали молекулярные типы клеток в plCoA, выявив передне-задний градиент глутаматергических нейронов, которые являются достаточными и частично необходимыми для поведения. Наконец, мы выявили топографически организованные проекции, при которых передние нейроны преимущественно проецируются в медиальную миндалевидную железу, а задние нейроны — в прилежащее ядро, которые, соответственно, являются достаточными и необходимыми для врожденного влечения и отвращения. В совокупности эти данные подтверждают модель, согласно которой различные, топографически распределенные популяции plCoA направляют врожденные обонятельные реакции, передавая сигналы различным мишеням, специфичным для валентности, связывая вышестоящую обонятельную идентичность с нижестоящим валентным поведением посредством популяционного кода.

Цуда Б., Пейт С.С., Тай, км, Зигельманн, Х.Т., Сейновски, Т.Дж. Нейромодуляторы генерируют множество контекстно-релевантных моделей поведения в рекуррентных нейронных сетях. (2026) Нейронные вычисления.:1-36 DOI: 10.1162/NECO.a.1489

+ развернуть аннотацию

Нейромодуляторы играют решающую роль в управлении нейронными состояниями, а их дисфункции связаны с различными нейропсихиатрическими расстройствами. Хотя многие биологические аспекты нейромодуляции были изучены, вычислительные принципы, лежащие в основе управления состояниями мозга с помощью нейромодуляции распределенных нейронных популяций, остаются неясными. В отличие от внешних контекстных входных сигналов, нейромодуляция может действовать как единый скалярный сигнал, передаваемый на обширную популяцию нейронов. Мы моделируем модуляцию синаптических весов в модели рекуррентной нейронной сети и показываем, что нейромодуляторы могут существенно изменять функцию сети, даже в сильно упрощенном виде. Мы обнаруживаем, что при структурных ограничениях, подобных тем, что существуют в мозге, это обеспечивает фундаментальный механизм, который может повысить вычислительные возможности и гибкость нейронной сети. Диффузная модуляция синаптических весов позволяет хранить множество воспоминаний, используя общий набор синапсов, способных генерировать разнообразные, даже диаметрально противоположные, модели поведения. Наши результаты помогают объяснить, как нейромодуляторы активируют определенные модели поведения, создавая специфические для задачи гиперканалы в пространстве нейронной активности, и мотивируют создание более гибких, компактных и эффективных архитектур машинного обучения.

Кресси, Дж., Цзя, С., Салк, Дж., Тай, км Нейронные механизмы социального гомеостаза: пластичность динамического диапазона. (2026) Журнал неврологии. 46(8). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0224-25.2025.

+ развернуть аннотацию

Чтобы ответить на открытый вопрос о том, как животные реагируют на динамические изменения в своей социальной среде, мы предлагаем концепцию, в которой кумулятивные эффекты предыдущего опыта определяют ключевой механизм регулирования границ, в пределах которых социальный опыт может изменяться без активации дорогостоящих корректирующих механизмов. Мы определяем это как динамический диапазон. Используя данные исследований на людях и животных моделях, будущие исследования внесут вклад в наше понимание сложных нейронных механизмов, опосредующих социальное поведение. Ключевые вопросы, стоящие перед областью социальной нейронауки, включают в себя следующее: Как статистический опыт, полученный в результате изучения окружающей среды, калибрует нейронные цепи, регулирующие социальное поведение? Какие нейронные механизмы позволяют одним индивидам лучше адаптироваться к динамичной среде, чем другим? Как социальный гомеостаз взаимодействует с другими гомеостатическими системами, такими как реакция на стресс? Эта концепция предоставляет проверяемую модель для исследования нейронных механизмов, посредством которых история калибрует динамический диапазон в системах обнаружения, управления и воздействия социального гомеостаза.

Моханта, С., Тай, км Отрицательные результаты положительны для понимания нейронного представления валентности в мозге. (2025) Neuron. 113(18):2879-2882. DOI: 10.1016/j.neuron.2025.08.024

+ развернуть аннотацию

Ли, Ч.Р., Мэтьюз, Г.А., Лемье, М.Э., Вассерлейн, Э.М., Борио, М., Миранда, Р.Л., Киз, Л.Р., Шнайдер, ГП, Джиа, К., Тран, А., Алобуди, Ф., Чан, М.Г., Перони, Э., Перейра, Г., Лопес-Морага, А., Палле, А., Кимчи, Э.Ю., Падилья-Кореано Н., Вихманн Р., Тай, км Отдельные дорсальные проекции дофамина шва имитируют аспекты состояния, похожего на одиночество. (2025) Элиф. 14. DOI: 10.7554/eLife.105955

+ развернуть аннотацию

Аффилиативные социальные связи способствуют благополучию и выживанию многих видов. Участие в социальных взаимодействиях требует положительного или отрицательного мотивационного влечения, вызванного скоординированной активностью нейронных цепей. Однако идентичность, взаимосвязь и функциональное кодирование социальной информации в этих цепях остаются недостаточно изученными. В данной работе мы сосредоточимся на нисходящих проекциях дофаминовых нейронов дорсального ядра шва (DRN) у мышей, которые мы ранее связывали с социальной мотивацией наряду с аверсивным аффективным состоянием. Мы показываем, что три значимые проекции DRN — к ядру ложа терминальной полоски (BNST), центральной миндалине (CeA) и задней базолатеральной миндалине (BLP) — играют отдельные роли в поведении, несмотря на значительную коллатерализацию. Фотоактивация проекции DRN-CeA способствовала социальному поведению, а фотостимуляция проекции DRN-BNST способствовала исследовательскому поведению, в то время как проекция DRN-BLP поддерживала избегание места, что указывает на негативное аффективное состояние. Нижестоящие регионы показали разнообразную экспрессию рецепторов, подготавливая нейроны DRN к действию через передачу дофамина, нейропептидов и глутамата. Кроме того, мы показываем ex vivo, что эффект фотостимуляции DRN на возбудимость нижестоящих нейронов зависит от региона и исходных свойств клеток, что приводит к возбуждающим ответам в клетках BNST и разнообразным ответам в CeA и BLP. Наконец, in vivo микроэндоскопические записи с клеточным разрешением в CeA с фотостимуляцией DRN выявили корреляцию между социальным поведением и нейронами, возбуждаемыми социальными стимулами, что позволяет предположить, что повышенный тонус дофамина может рекрутировать различные нейроны CeA в социальные ансамбли. В совокупности эти особенности контура могут способствовать скоординированному, но гибкому реагированию на социальные стимулы, которое можно гибко направлять на основе внутреннего социального гомеостатического состояния потребностей индивидуума.

Тай, К., Цзя, К., Тран, А., Алобуди, Ф., Сэй, Э., Тао, Н., Ли, К., Батра, К., Нгуен, А., Бал, А., Делаханти, Дж., Чан, М., Киз, Л., Патель, Р., Вичманн, Р., Ташбах, Ф., Ли, Ю., Бенна, М., Перейра, Т., Ли, Х., Ноно, Н. Социальная изоляция усиливает поведенческие реакции на физическую боль посредством островковой нейромодуляции. (2025) Рес пл. DOI: 10.21203/rs.3.rs-6615222/v1

+ развернуть аннотацию

«Теория перекрытия боли» предполагает, что переживание социальной боли накладывается на переживание физической боли и усиливает его, разделяя части тех же базовых систем обработки. У людей островковая кора головного мозга участвует в этом перекрытии физической и социальной боли, но механистическая связь не была установлена. Чтобы определить, может ли социальная боль впоследствии влиять на реакции на ноцицептивные стимулы посредством конвергентных электрических сигналов (спайков) или конвергентных химических сигналов (нейромодуляторов), мы разработали новую парадигму социального исключения, названную тестом на страх упустить что-то (FOMO), которая облегчает механистическое исследование на мышах. Мы обнаружили, что социально исключенные мыши демонстрируют более выраженную реакцию на физическую боль, нарушенное кодирование валентности и нарушенные нейронные репрезентации ноцицептивных стимулов. Мы провели систематическое биосенсорное исследование и обнаружили, что эндоканнабиноидная и окситоциновая сигнализация в островковой коре головного мозга демонстрировали противоположные реакции в ходе экспериментов, в которых мыши реагировали на события социальной изоляции или не реагировали на них соответственно, что свидетельствует о наличии различных нейромодуляторных субстратов, лежащих в основе различных состояний социальной изоляции. Мы также обнаружили, что внутриостровковая блокада окситоциновой сигнализации усиливала влияние социальной изоляции на физическую боль. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что социальная изоляция эффективно изменяет восприятие физической боли посредством нейромодуляторной сигнализации в островковой коре головного мозга.

Оллсоп, А.С., Тай, км, Кристал, Дж. Х. Социальный гомеостаз: новая парадигма диагностики и лечения психического здоровья. (2025) Биологическая психиатрия. 97(10):932-935. DOI: 10.1016/j.biopsych.2025.03.007

Рамот, А., Ташбах, Ф.Х., Ян, Ю.К., Ху, Ю., Чен, К., Моралес, БК, Ван, К.С., Ву, А., Тай, км, Бенна, МК, Комияма, Т. Двигательное обучение совершенствует таламическое влияние на двигательную кору. (2025) Природа. DOI: 10.1038/s41586-025-08962-8

+ развернуть аннотацию

Первичная моторная кора (М1) играет центральную роль в обучении и выполнении ловких двигательных навыков, а её поверхностный слой (слои 2 и 3; далее L2/3) является ключевым локусом пластичности, связанной с обучением. Остаётся неизвестным, каким образом моторное обучение формирует способ, которым вышестоящие регионы активируют контуры М1 для выполнения выученных движений. В данной работе, используя продольную аксональную визуализацию основных входов в М1 L2/3 у мышей, мы показываем, что моторный таламус является ключевым источником входных сигналов, кодирующих выученные движения у экспертов (животных, обучавшихся в течение двух недель). Затем мы используем оптогенетику для выявления подгруппы нейронов М1 L2/3, которые в значительной степени активируются таламическими входными сигналами до и после обучения. Мы обнаружили, что таламическое влияние на М1 меняется в процессе обучения, так что моторный таламус преимущественно активирует нейроны М1, кодирующие выученные движения у экспертов. Инактивация таламических входных сигналов в М1 у экспертов ухудшает выученные движения. Наше исследование показывает, что двигательное обучение изменяет таламическое влияние на М1, обеспечивая надежное выполнение изученных движений.

Цзя, К., Тран, А., Алобуди, Ф., Сэй, Э., Тао, Н., Ли, ЧР, Батра, К., Нгуен, А., Бал, А., Ноно, Н.Н., Делаханти, Дж., Чан, М.Г., Киз, Л.Р., Патель, Р.Р., Вичманн, Р., Ташбах, Ф., Ли, Ю., Бенна, М., Перейра, ТД, Ли, Х., Тай, К. Социальная изоляция усиливает поведенческие реакции на физическую боль посредством островковой нейромодуляции. (2025) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.05.09.653162

+ развернуть аннотацию

«Теория перекрытия боли» (1) предполагает, что переживание социальной боли накладывается на переживание физической боли и усиливает его, используя части одних и тех же базовых систем обработки информации (2–6). У людей островковая кора головного мозга участвует в этом перекрытии физической и социальной боли, но механистическая связь не установлена (2,4,5,7–9). Чтобы определить, может ли социальная боль впоследствии влиять на реакции на ноцицептивные стимулы посредством конвергентных электрических сигналов (спайков) или конвергентных химических сигналов (нейромодуляторов), мы разработали новую парадигму социальной изоляции, названную «Заданием страха упустить что-то важное» (FOMO), которая облегчает механистическое исследование на мышах. Мы обнаружили, что у социально изолированных мышей наблюдаются более выраженные реакции на физическую боль, нарушенное кодирование валентности и ослабленные нейронные репрезентации ноцицептивных стимулов. Мы провели систематическое биосенсорное исследование и обнаружили, что эндоканнабиноидная и окситоциновая сигнализация в островковой коре головного мозга демонстрировали противоположные реакции в ходе экспериментов, в которых мыши реагировали на события социальной изоляции или не реагировали на них соответственно, что свидетельствует о наличии различных нейромодуляторных субстратов, лежащих в основе различных состояний социальной изоляции. Мы также обнаружили, что внутриостровковая блокада окситоциновой сигнализации усиливала реакцию на физическую боль после социальной изоляции. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что социальная изоляция эффективно изменяет восприятие физической боли посредством нейромодуляторной сигнализации в островковой коре головного мозга.

Коли, А., Тай, К., Батра, К., Делаханти, Дж., Киз, Л., Паминтуан, Р., Рамот, А., Хагеманн, Дж., Ли, К., Лю, В., Адивиколану, Х., Кресси, Дж., Джиа, К., Масса, Ф., Ледьюк, Д., Габир, М., Дурубех, Б., Линдерхоф, Л., Патель, Р., Вичманн Р., Ли Х., Фишер К., Перейра Т. Прогнозирование будущего развития стресс-индуцированной ангедонии на основе динамики коры головного мозга и выражения лица. (2025) Рес пл. DOI: 10.21203/rs.3.rs-5537951/v1

+ развернуть аннотацию

Текущее состояние лечения психического здоровья для лиц с диагнозом большое депрессивное расстройство оставляет миллиарды людей с терапией первой линии, которая неэффективна или обременена нежелательными побочными эффектами. Одним из основных препятствий является то, что различные патологии в настоящее время могут диагностироваться как одно и то же заболевание и назначаться одно и то же лечение. Ключом к разработке антидепрессантов с повсеместной эффективностью является сначала определение стратегии для дифференциации разнородных состояний. Большая депрессия характеризуется такими отличительными чертами, как ангедония и потеря мотивации, и было признано, что даже среди инбредных мышей, выращенных в идентичных условиях содержания, мы наблюдаем гетерогенность в их восприимчивости и устойчивости к стрессу. Ангедония, состояние, выявленное при нескольких нейропсихиатрических расстройствах, описывается как неспособность испытывать удовольствие и связана с аномальной активностью медиальной префронтальной коры (mPFC). mPFC отвечает за функции более высокого порядка, такие как кодирование валентности; Однако остается неизвестным, как активность нейронной популяции, специфичной для валентности mPFC, изменяется в условиях ангедонии. Чтобы проверить это, мы реализовали протокол непредсказуемого хронического слабого стресса (CMS) на мышах и исследовали гедонистическое поведение после стресса и лечения кетамином. Мы использовали неконтролируемую кластеризацию, чтобы очертить индивидуальную изменчивость гедонистического поведения в ответ на стресс. Затем мы провели in vivo 2-фотонную кальциевую визуализацию для продольного отслеживания динамики популяции нейронов, специфичной для валентности mPFC, во время павловского задания на дискриминацию. У мышей с хроническим слабым стрессом наблюдалось ослабление эффекта в соотношении реакций нейронной популяции mPFC на вознаграждения по сравнению с наказаниями после стресса, которое восстанавливалось после лечения кетамином. Кроме того, линейный классификатор показал, что мы можем декодировать восприимчивость к хроническому слабому стрессу на основе свойств кодирования валентности mPFC до воздействия стресса и поведенческого проявления восприимчивости. Наконец, мы использовали инструменты компьютерного зрения с безмаркерным отслеживанием поз, чтобы предсказать, станет ли мышь устойчивой или восприимчивой, основываясь на выражении морды во время выполнения павловского задания на дискриминацию. Эти результаты свидетельствуют о том, что свойства и поведение валентного кодирования префронтальной коры головного мозга позволяют предсказать ангедонические состояния. В целом, эти эксперименты указывают на необходимость более высокой детализации при измерении как поведения, так и нейронной активности, поскольку эти факторы могут предсказывать предрасположенность к стресс-индуцированной ангедонии.

Рэнси, Э., Томас, Дж.Э., Уиздом, Э., Алморил-Поррас, А., Боуман, Р., Адамсон, Э., Уолдер-Кристенсен, К.К., Уайт, Дж.А., Хьюз, Д.Н., Швеннесен, Х., Фергюсон, К., Тай, км, Маг, С.Д., Ню, Л., Ван, З.В., Колон-Рамос, Д., Хультман, Р., Бурсак, Н., Дзираса, К. Долгосрочное редактирование мозговых цепей у мышей с использованием сконструированного электрического синапса. (2025) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.03.25.645291

+ развернуть аннотацию

Электрическая сигнализация между различными популяциями клеток мозга лежит в основе когнитивных и эмоциональных функций; однако подходы, которые избирательно регулируют электрическую сигнализацию между двумя клеточными компонентами нейронной цепи млекопитающих, остаются редкими. В данной работе мы сконструировали электрический синапс, состоящий из двух белков коннексинов, обнаруженных у (белого окуня) - коннексина 34.7 и коннексина 35 - для осуществления модуляции цепи млекопитающих. Используя мутагенез белков, разработав новую систему для анализа стыковки гемиканалов коннексина и выполнив компьютерное моделирование взаимодействий гемиканалов, мы обнаружили структурный мотив, который способствует формированию электрических синапсов. Ориентируясь на эти мотивы, мы сконструировали гемиканалы коннексина 34.7 и коннексина 35, которые стыкуются друг с другом, образуя электрический синапс, но не с другими основными коннексинами, экспрессируемыми в центральной нервной системе млекопитающих. Мы проверили этот электрический синапс на мышах и мышах, продемонстрировав, что он может усиливать связь между нейронными цепями, состоящими из пар различных типов клеток, и соответствующим образом изменять поведение. Таким образом, мы устанавливаем «долговременную интеграцию цепей с использованием коннексин» (LinCx) для точного редактирования цепей у млекопитающих.

Джу, Б., Тай, км Стресс приводит к изменению сексуальных предпочтений. (2025) Наука. 387(6730):138-139. DOI: 10.1126/science.adu7946

+ развернуть аннотацию

Коли, А.А., Батра, К., Делаханти, Дж.М., Киз, Л.Р., Паминтуан, Р., Рамот, А., Хагеманн, Дж., Ли, Ч.Р., Лю, В., Адивиколану, Х., Кресси, Дж. , Джиа, К., Масса, Ф., ЛеДьюк, Д., Габир, М., Дурубе, Б., Линдерхоф, Л., Патель, Р., Вихманн Р., Ли Х., Фишер К.Б., Перейра Т., Тай, км Прогнозирование будущего развития стресс-индуцированной ангедонии на основе динамики коры головного мозга и выражения лица. (2024) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.12.18.629202

+ развернуть аннотацию

Текущее состояние лечения психического здоровья для лиц с диагнозом большого депрессивного расстройства оставляет миллиарды людей с терапией первой линии, которая неэффективна или обременена нежелательными побочными эффектами. Одним из основных препятствий является то, что различные патологии в настоящее время могут диагностироваться как одно и то же заболевание и назначаться одно и то же лечение. Ключом к разработке антидепрессантов с повсеместной эффективностью является сначала определение стратегии для дифференциации разнородных состояний. Большая депрессия характеризуется такими отличительными чертами, как ангедония и потеря мотивации, и было признано, что даже среди инбредных мышей, выращенных в идентичных условиях содержания, мы наблюдаем неоднородность в их восприимчивости и устойчивости к стрессу. Ангедония, состояние, выявленное при множественных нейропсихиатрических расстройствах, описывается как неспособность испытывать удовольствие и связано с аномальной активностью медиальной префронтальной коры (mPFC). mPFC отвечает за функции более высокого порядка, такие как кодирование валентности; Однако остается неизвестным, как активность нейронной популяции, специфичной для валентности mPFC, влияет на ангедонические состояния. Чтобы проверить это, мы внедрили протокол непредсказуемого хронического умеренного стресса (CMS) у мышей и исследовали гедонистическое поведение после стресса и лечения кетамином. Мы использовали неконтролируемую кластеризацию, чтобы очертить индивидуальную изменчивость гедонистического поведения в ответ на стресс. Затем мы провели 2-фотонную кальциевую визуализацию, чтобы продольно отследить динамику нейронной популяции, специфичной для валентности mPFC, во время павловской задачи на дискриминацию. У мышей с хроническим легким стрессом наблюдался притупленный эффект в соотношении реакций нейронной популяции mPFC на вознаграждения по сравнению с наказаниями после стресса, который восстанавливается после лечения кетамином. Кроме того, линейный классификатор показал, что мы можем расшифровать восприимчивость к хроническому умеренному стрессу на основе свойств кодирования валентности mPFC до воздействия стресса и поведенческого выражения восприимчивости. Наконец, мы использовали инструменты компьютерного зрения безмаркерного отслеживания поз, чтобы предсказать, станет ли мышь устойчивой или восприимчивой на основе выражений лица во время павловской задачи на дискриминацию. Эти результаты показывают, что свойства кодирования валентности mPFC и поведение являются предикторами ангедонических состояний. В целом эти эксперименты указывают на необходимость повышения детализации при измерении как поведения, так и нейронной активности, поскольку эти факторы могут предсказать предрасположенность к ангедонии, вызванной стрессом.

Хоу, Дж.Р., Чен, К.Л., Ли, Д., Бланкар, М., Ромеро, Х.К., Задина, А.Н., Лемье, М.Э., Миллс, Ф., Деспла, Пенсильвания, Тай, км, Корень, CM Контроль врожденной обонятельной валентности с помощью отдельных кортикальных цепей миндалевидного тела. (2024) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.06.26.600895

+ развернуть аннотацию

Животные демонстрируют врожденное поведение, которое представляет собой стереотипные реакции на определенные эволюционно значимые стимулы при отсутствии предварительного обучения или опыта. Такое поведение можно свести к оси валентности, при которой определенные запахи вызывают приближение или избегание. Корковая миндалина (plCoA) обеспечивает врожденное влечение и отвращение к запахам. Однако мало что известно о том, как эта область мозга вызывает поведение противоположной мотивационной валентности. Здесь мы стремились определить особенности цепи plCoA, которые приводят к врожденному валентному обонятельному поведению. Мы охарактеризовали физиологию, экспрессию генов и проекции этой структуры, выявив дивергентную топографическую организацию, которая выборочно контролирует врожденное влечение и избегание запаха. Во-первых, мы исследовали реакции, вызванные запахом, в этих областях и обнаружили редкое кодирование идентичности запаха, но не валентности. Затем мы рассмотрели топографическую организацию и обнаружили, что оптогенетическая стимуляция передних и задних доменов plCoA вызывает привлечение и избегание, соответственно, указывая на функциональную ось валентности. Используя одноклеточное и пространственное секвенирование РНК, мы определили типы молекулярных клеток в plCoA, выявив передне-задний градиент в типах клеток, при котором передние глутаматергические нейроны преимущественно экспрессируют, а задние нейроны экспрессируют . Активация этих соответствующих типов клеток воспроизводит аппетитное и отталкивающее валентное поведение, а хемогенетическое ингибирование выявляет частичную необходимость валентных реакций на врожденные аппетитные или отталкивающие запахи. Наконец, мы идентифицировали топографически организованные цепи, определяемые проекциями, при этом передние нейроны преимущественно проецируются в медиальную миндалевидное тело, а задние нейроны преимущественно проецируются в прилежащее ядро, что соответственно достаточно и необходимо для врожденной отрицательной и положительной обонятельной валентности. В совокупности эти данные расширяют наше понимание того, как обонятельная система генерирует стереотипное, запрограммированное влечение и избегание, и поддерживают модель, согласно которой отдельные, топографически распределенные популяции plCoA направляют врожденные реакции обонятельной валентности, передавая сигналы разным валентно-специфичным целям, связывая вышестоящую обонятельную идентичность с нисходящее валентное поведение через популяционный код. Это представляет собой новый мотив схемы, в котором кодирование валентности представлено не активирующими свойствами отдельных нейронов, а кодированием идентичности на уровне популяции, которое направляется через расходящиеся цели для обеспечения различной валентности.

Тай, км, Миллер Э.К., Ташбах Ф.Х., Бенна М.К., Риготти М., Фузи С. Смешанная избирательность: клеточные вычисления для сложности. (2024) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2024.04.017

+ развернуть аннотацию

Свойство смешанной избирательности обсуждалось на вычислительном уровне и предлагает стратегию максимизации вычислительной мощности за счет добавления универсальности к функциональной роли каждого нейрона. Здесь мы предлагаем биологически обоснованное механистическое объяснение смешанной избирательности в нейронных цепях на уровне реализации. Мы определяем чистую, линейную и нелинейную смешанную избирательность и обсуждаем, как эти свойства ответа могут быть получены в простых нейронных цепях. Нейроны, которые реагируют на множество статистически независимых переменных, демонстрируют смешанную избирательность. Если их активность можно выразить в виде взвешенной суммы, то они проявляют линейную смешанную селективность; в противном случае они проявляют нелинейную смешанную селективность. Нейронные представления, основанные на разнообразной нелинейной смешанной избирательности, имеют высокую размерность; следовательно, они придают огромную гибкость простой нейронной схеме последующего считывания. Однако простая нейронная схема не может одновременно кодировать все возможные смеси переменных, поскольку для этого потребуется комбинаторно большое количество нейронов смешанной селективности. Механизмы стробирования, такие как колебания и нейромодуляция, могут решить эту проблему, динамически выбирая, какие переменные смешиваются и передаются на считывание.

Лин А., Акафия К., Дал Монте О., Фан С., Фэган Н., Патнэм П., Тай, км, Чанг С., Ба Д., Оллсоп А.С. Беспристрастный метод разделения разнообразных нейрональных реакций на функциональные ансамбли выявляет интерпретируемую популяционную динамику во время врожденного социального поведения. (2024) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.05.08.593229

+ развернуть аннотацию

В нейробиологии понимание того, как активация одного нейрона способствует распределению нейронных ансамблей, имеет решающее значение. Традиционные методы анализа ограничивались описанием активности всей популяции, а при анализе отдельных нейронов критерии категоризации ответов значительно различались в разных экспериментах. Текущим методам не хватает масштабируемости для больших наборов данных, они не способны фиксировать временные изменения и полагаются на параметрические предположения. Существует потребность в надежном, масштабируемом и непараметрическом подходе к функциональной кластеризации для фиксации интерпретируемой динамики. Чтобы решить эту проблему, мы разработали основанную на модели статистическую структуру для неконтролируемой кластеризации нескольких наборов данных временных рядов, демонстрирующих нелинейную динамику, в неизвестное количество параметризованных ансамблей, называемых функциональными единицами кодирования (FEU). FEU превосходит существующие методы по точности и контрольным показателям. Здесь мы применяем этот формализм FEU к единичным записям, собранным во время социального поведения грызунов и приматов, и демонстрируем его способности генерировать гипотезы и проверять их. Этот новый конвейер служит аналитическим мостом, переводящим коды нейронных ансамблей между модельными системами.

Тай, К., Патель Р., Патарино М., Ким К., Паминтуан Р., Ташбах Ф., Ли Х., Ли К., Хук А., Кастро Р., Казарес К. , Миранда Р., Джиа К., Делаханти Дж., Батра К., Киз Л., Либстер А., Вичманн Р., Перейра Т., Бенна М. Социальная изоляция задействует корковые нейроны миндалевидного тела для эскалации употребления алкоголя. [Препринт] (2024) Рес пл. DOI: 10.21203/rs.3.rs-4033115/v1

+ развернуть аннотацию

Как социальные факторы влияют на мозг и способствуют увеличению употребления алкоголя? Мы обнаружили, что социальный ранг предопределяет употребление алкоголя, когда подчиненные пьют больше, чем доминирующие. Кроме того, социальная изоляция усиливает употребление алкоголя, особенно затрагивая подчиненных, которые демонстрируют больший рост употребления алкоголя по сравнению с доминантами. Используя визуализацию кальция с клеточным разрешением, мы показываем, что цепь базолатеральной миндалины-медиальной префронтальной коры (BLA-mPFC) предсказывает употребление алкоголя в зависимости от ранга, в отличие от неспецифической активности BLA. Схема BLA-mPFC становится гипервозбудимой во время социальной изоляции, обнаруживая состояния социальной изоляции. Имитирование наблюдаемого увеличения активности BLA-mPFC с помощью оптогенетики оказалось достаточным для увеличения употребления алкоголя, что позволяет предположить, что цепь BLA-mPFC может быть нейронным субстратом для негативного воздействия социальной изоляции. Чтобы проверить гипотезу о том, что схема BLA-mPFC передает сигнал, вызванный социальной изоляцией, чтобы мотивировать потребление алкоголя, мы сначала определили, обнаруживает ли эта схема социальную информацию. Используя оптогенетику в сочетании с визуализацией кальция и отслеживанием позы компьютерным зрением, мы обнаружили, что схема BLA-mPFC управляет социальным поведением и нейронным представлением социального контакта. Мы также показываем, что стимуляция BLA-mPFC имитирует кодирование mPFC сахарозы и алкоголя, вызванное социальной изоляцией, а ингибирование цепи BLA-mPFC снижает употребление алкоголя после социальной изоляции. В совокупности эти данные позволяют предположить, что миндалевидно-кортикальная цепь отражает состояние нейронного кодирования, подобное социальной изоляции, и лежит в основе употребления алкоголя, связанного с социальной изоляцией.

Кимчи, Э.Ю., Бургос-Роблес, А., Мэтьюз, Г.А., Чакома, Т., Патарино, М., Веддингтон, Дж.К., Сицилиано, К., Янг, В., Футч, С., Саймонс, Р., Фонг , М.Ф., Цзин, М., Ли, Ю., Полли, Д.Б., Тай, км Вознаграждение в непредвиденных обстоятельствах вызывает селективное холинергическое подавление нейронов миндалевидного тела. (2024) Элиф. 12. DOI: 10.7554/eLife.89093

+ развернуть аннотацию

Холинергические нейроны базального отдела переднего мозга модулируют то, как организмы обрабатывают и реагируют на раздражители окружающей среды, влияя на возбуждение, внимание и память. Однако неизвестно, участвуют ли холинергические нейроны базального отдела переднего мозга непосредственно в обусловленном поведении, независимо от второстепенных ролей в обработке внешних стимулов. Используя флуоресцентную визуализацию, мы обнаружили, что холинергические нейроны активны во время поведенческой реакции на вознаграждение - даже до доставки вознаграждения и в отсутствие дискретных стимулов. Фотостимуляция базальных холинергических нейронов переднего мозга или их окончаний в базолатеральной миндалевидном теле (БЛА) избирательно способствовала условным реакциям (лизанию), но не безусловному поведению или врожденным двигательным реакциям. Электрофизиологические записи in vivo во время холинергической фотостимуляции выявили зависимое от вознаграждения подавление нейронной активности BLA, но не префронтальной коры. Наконец, эксперименты ex vivo продемонстрировали, что фотостимуляция холинергических терминалей подавляет активность проекционных нейронов BLA посредством передачи сигналов моносинаптических мускариновых рецепторов, а также способствует активации BLA ГАМКергических интернейронов. В совокупности мы показываем, что нервные и поведенческие эффекты холинергической активации базального переднего мозга модулируются случайностью вознаграждения целевым образом.

ЛеДьюк Д.О., Борио М., Миранда Р., Тай, км Тревога и депрессия: модель функционирования цепи «сверху вниз» и «снизу вверх». (2023) Ann NY Acad Sci. DOI: 10.1111/nyas.14997

+ развернуть аннотацию

Функциональное взаимодействие восходящей и нисходящей обработки позволяет человеку адекватно реагировать на динамическую среду вокруг него. Эти модальности обработки могут быть представлены как состояния аттрактора с использованием модели динамических систем мозга. Вероятность перехода из одного состояния аттрактора в другое зависит от стабильности, глубины нейромодулирующего тонуса и тонических изменений пластичности. Однако как меняется соотношение между этими состояниями при болезненных состояниях, таких как тревога или депрессия? Мы описываем восходящую и нисходящую обработку с точки зрения вычислительной алгоритмической реализации Марра, чтобы понять депрессивные и тревожные болезненные состояния. Мы иллюстрируем примеры восходящей обработки в виде сигналов и проекций базолатеральной миндалины и нисходящей обработки в виде внутренних сигналов и проекций медиальной префронтальной коры. Понимание динамики этой внутренней обработки может помочь нам лучше моделировать многогранные элементы тревоги и депрессии.

Чен З., Чжан Р., Фанг Х.С., Чжан Ю.Е., Бал А., Чжоу Х., Рок Р.Р., Падилья-Кореано Н., Киз Л.Р., Чжу Х., Ли, Ю.Л., Комияма Т., Тай, км, Лу, С. AlphaTracker: инструмент для отслеживания и анализа поведения нескольких животных. (2023) Фронт Behav Neurosci. 17:1111908. DOI: 10.3389/fnbeh.2023.1111908

+ развернуть аннотацию

Леппла, К.А., Киз, Л.Р., Глобер, Г., Мэтьюз, Г.А., Батра, К., Джей, М., Фэн, Ю., Чен, Х.С., Миллс, Ф., Делаханти, Дж., Олсон, Дж.М., Них, Э. Х., Намбури, П., Уайлдс, К., Вихманн, Р., Байелер, А., Кимчи, Э. Ю., Тай, км Таламус посылает миндалевидному телу информацию о возбуждении, но не о валентности. (2022) Психофармакология (Berl). DOI: 10.1007/s00213-022-06284-5

+ развернуть аннотацию

Миллс, Ф., Ли, ЧР, Хоу, Дж.Р., Ли, Шао, Кейслер, МН, Лемье, МЭ, Ташбах, Ф.Х., Киз, ЛР, Борио, М., Чен, Х.С., Патель, Р.Р., Гросс, Эл, Делаханти, Дж., Казарес, К., Мари, Л., Вичманн, Р., Перейра, Т.Д., Бенна, М.К., Рут, СМ, Тай, км Нейроны миндалевидно-стриарной переходной зоны кодируют устойчивую валентность, управляющую обусловленным поведением. (2022) биоRxiv. DOI: https://doi.org/10.1101/2022.10.28.514263

+ развернуть аннотацию

Чтобы адекватно реагировать на угрозы в окружающей среде, мозг должен быстро определить, важен ли стимул и является ли он положительным или отрицательным, а затем использовать эту информацию для направления поведенческих реакций. Нейроны миндалевидного тела уже давно участвуют в кодировании валентности и в реакциях страха на угрожающие стимулы, но демонстрируют временные реакции активации в ответ на эти стимулы, которые не соответствуют временным рамкам связанных с ними поведенческих реакций. На протяжении десятилетий существовал логический пробел в том, как поведенческие реакции могут быть опосредованы без ансамблевого представления внутреннего состояния валентности, которое имеет быстрое начало, высокое соотношение сигнал-шум и поддерживается на протяжении всего поведенческого состояния. Здесь мы представляем миндалевидно-стриарную переходную зону (ASt) как недостающую часть этого высококонсервативного процесса, имеющего первостепенное значение для выживания, который делает именно это: представляет внутреннее состояние (например, страх), которое может быть выражено в множественных двигательных выходах ( например, замерзание или побег). ASt анатомически позиционируется как «короткий путь» для соединения кортиколимбической системы (важной для оценки) с базальными ганглиями (важными для выбора действий), входами миндалевидного тела и выходами полосатого тела – идеально подготовленным для оценки и реагирования на экологические угрозы. Из записей клеточного разрешения in vivo, которые включают в себя как электрофизиологию, так и визуализацию кальция, мы обнаружили, что нейроны ASt уникальны тем, что они редко кодируют, имеют чрезвычайно высокое соотношение сигнал/шум, а также поддерживают устойчивый ответ на стимулы отрицательной валентности в течение всего периода жизни. защитное поведение – редкое, но существенное сочетание. Мы также показываем, что фотостимуляции ASt достаточно, чтобы вызвать поведение замирания и избегания. Используя секвенирование одноядерной РНК и маркировку РНК in situ, мы создали полный профиль типов клеток и экспрессии генов в ASt и обнаружили, что ASt генетически отличается от соседних структур полосатого тела и миндалевидного тела. Мы также обнаружили, что ASt имеет большую долю нейронов, экспрессирующих Drd2, чем нейронов, экспрессирующих Drd1a, что является уникальной особенностью по сравнению с другими областями полосатого тела. Используя визуализацию кальция in vivo, мы показываем, что эта популяция Drd2+ надежно кодирует стимулы отрицательной валентности, а в экспериментах с потерей функции обнаружено, что оптогенетическое ингибирование нейронов Drd2+ ASt вызывает поразительное снижение обусловленных сигналами реакций страха. В совокупности наши результаты идентифицируют ASt как ранее недооцененное важнейшее недостающее звено для кодирования выученных ассоциаций и управления текущим поведением.

Падилья-Кореано, Н., Тай, км, Зеликовский, М. Динамические влияния на нейронное кодирование социальной валентности. (2022) Обзоры природы Neuroscience. DOI: 10.1038/s41583-022-00609-1

+ развернуть аннотацию

Социальные сигналы могут служить мощными эмоциональными триггерами с мощным воздействием на процессы от познания до обработки валентности. Как социальные сигналы динамически и гибко связаны с положительной или отрицательной валентностью? Как наш прошлый социальный опыт и нынешнее социальное положение формируют нашу мотивацию искать или избегать социальных контактов? Мы обсуждаем модель, в которой социальные атрибуты, социальная история, социальная память, социальный ранг и социальная изоляция могут гибко влиять на присвоение валентности социальным стимулам, называемой здесь «социальной валентностью». Мы подчеркиваем, как мозг кодирует каждый из этих четырех факторов, и выделяем нейронные цепи и механизмы, которые играют роль в восприятии социальных атрибутов, социальной памяти и социального положения, а также то, как эти факторы влияют на системы валентности, связанные с социальными стимулами. Мы подчеркиваем влияние социальной изоляции, анализируя нейронные и поведенческие механизмы, которые опосредуют эффекты острых и длительных периодов социальной изоляции. Важно отметить, что мы обсуждаем концептуальные модели, которые могут объяснить потенциальное изменение валентности социальных стимулов с положительных на отрицательные по мере увеличения периода изоляции во времени. В совокупности этот обзор определяет факторы, которые контролируют формирование и приписывание социальной валентности, объединяя различные области исследований и подчеркивая их уникальный вклад в классификацию социальных стимулов как положительных или отрицательных.

Ли Х., Намбури П., Олсон Дж. М., Борио М., Лемье М. Е., Бейелер А., Калхун Г. Г., Хитора-Имамура Н., Коли А. А., Либстер А., Бал, А., Джин, X., Ван, Х., Цзя, К., Чоудхури, С.Р., Ши, X., Феликс-Ортис, А.С., де ла Фуэнте, В., Барт, В.П., Кинг, Х.О., Изадмер, Э.М., Реванна, Дж.С., Батра, К., Фишер, К.Б., Киз, Л.Р., Падилья-Кореано, Н., Сицилиано, К.А., Маккалоу, К.М., Вихманн, Р., Ресслер, К.Дж., Фиете, И.Р., Чжан, Ф. ., Ли, Ю., Тай, км Нейротензин управляет распределением валентностей в миндалевидном теле. (2022) Природа. DOI: 10.1038 / s41586-022-04964-y

+ развернуть аннотацию

Способность связывать разделенную во времени информацию и присваивать положительную или отрицательную валентность сигналам окружающей среды имеет первостепенное значение для выживания. Исследования показали, что различные проекции базолатеральной миндалевидного тела (БЛА) потенцируются после обучения вознаграждением или наказанием. Однако мы еще не понимаем, как информация, специфичная для валентности, направляется к нейронам BLA с соответствующими нисходящими проекциями, и мы не понимаем, как согласовать субсекундные временные масштабы синаптической пластичности с более длительными временными масштабами, отделяющими прогностические сигналы от их результатов. . Здесь мы демонстрируем, что экспрессирующие нейротензин (NT) нейроны в паравентрикулярном ядре таламуса (PVT), проецирующиеся на BLA (PVT-BLA:NT), опосредуют присвоение валентности, оказывая зависимую от концентрации NT модуляцию в BLA во время ассоциативного обучения. Мы обнаружили, что оптогенетическая активация проекции PVT-BLA: NT способствует обучению с вознаграждением, тогда как нокаут гена NT (Nts), специфичный для проекции PVT-BLA, усиливает обучение в виде наказания. Используя генетически закодированные датчики кальция и NT, мы также обнаружили, что как динамика кальция в проекции PVT-BLA: NT, так и концентрации NT в BLA увеличиваются после обучения с вознаграждением и снижаются после обучения с наказанием. Наконец, мы показали, что опосредованный CRISPR нокаут гена Nts в пути PVT-BLA притупляет нейронную динамику BLA и ослабляет предпочтение активных поведенческих стратегий поощрению и наказанию прогнозирующих сигналов. Таким образом, мы идентифицировали NT как нейропептид, который сигнализирует о валентности в BLA, и показали, что NT является важным нейромодулятором, который управляет назначением положительной и отрицательной валентности в нейронах миндалевидного тела, расширяя пластичность, специфичную для валентности, до соответствующих поведенческих временных масштабов.

Падилья-Кореано, Н., Батра, К., Патарино, М., Чен, З., Рок, Р. Р., Чжан, Р., Хаусманн, С. Б., Веддингтон, Дж. К., Патель, Р., Чжан, Ю. Э., Фан, Х.С., Мишра, С., ЛеДьюк, Д.О., Реванна, Дж., Ли, Х., Борио, М., Паминтуан, Р., Бал, А., Киз, Л.Р., Либстер, А., Вихманн, Р., Миллс, Ф., Ташбах, Ф. Х., Мэтьюз, Г. А., Керли, Дж. П., Фиете, И. Р., Лу, К., Тай, км Корковые ансамбли организуют социальную конкуренцию через гипоталамические выходы. [Опубликовано] (2022) Природа. DOI: 10.1038/s41586-022-04507-5

+ развернуть аннотацию

Большинство социальных видов самоорганизуются в иерархии доминирования, что снижает агрессию и сохраняет энергию, но неясно, как люди узнают свой социальный статус. Мы только начали узнавать, как мозг представляет социальный статус и управляет поведением на основе этого представления. Медиальная префронтальная кора (mPFC) участвует в социальном доминировании у грызунов и людей. Тем не менее, точно неизвестно, как mPFC кодирует относительный социальный ранг и какие цепи опосредуют это вычисление. Мы разработали тест социальной конкуренции, в котором мыши соревнуются за вознаграждение, а также инструмент компьютерного зрения (AlphaTracker) для отслеживания нескольких немеченых животных. Скрытая марковская модель в сочетании с обобщенными линейными моделями позволила расшифровать поведение социальной конкуренции на основе активности ансамбля mPFC. Динамика населения в mPFC предсказывала социальный ранг и конкурентный успех. Наконец, мы демонстрируем, что клетки mPFC, которые проецируются в латеральный гипоталамус, способствуют доминантному поведению во время конкуренции за вознаграждение. Таким образом, мы обнаруживаем корково-гипоталамическую цепь, с помощью которой mPFC осуществляет нисходящую модуляцию социального доминирования.

Дворц, М. Ф., Керли, Дж. П., Тай, км, Падилья-Кореано, Н. Нейронные системы, облегчающие представление социального ранга. (2022) Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 377 (1845): 20200444. DOI: 10.1098/rstb.2020.0444

+ развернуть аннотацию

У разных видов животные организуются в иерархии социального доминирования, которые служат для снижения агрессии и облегчения выживания группы. Нейробиологи использовали несколько модельных организмов для изучения иерархии доминирования в лабораторных условиях, включая рыб, рептилий, грызунов и приматов. Мы просматриваем недавнюю литературу по разным видам, которая проливает свет на то, как мозг представляет социальный ранг, чтобы направлять социально приемлемое поведение в рамках иерархии доминирования. Во-первых, мы обсудим, как мозг реагирует на сигналы социального статуса. Затем мы обсуждаем социальный подход и механизмы обучения избеганию, которые, по нашему мнению, могут управлять поведением, соответствующим рангу. Наконец, мы обсудим, как мозг представляет воспоминания об отдельных людях (социальная память) и как это может способствовать поддержанию уникальных индивидуальных отношений в социальной группе. Данная статья является частью тематического выпуска «Столетие иерархии: современное состояние и перспективы изучения иерархий доминирования».

Ли Ч.Р., Чен А., Тай, км Нейронная схема социального гомеостаза: последствия острой и хронической социальной изоляции. (2021) Cell. DOI: 10.1016 / j.cell.2021.02.028

+ развернуть аннотацию

Коли А.А., Падилья-Кореано Н., Патель Р., Тай, км Обработка валентности в PFC: согласование представлений на уровне схемы и на уровне системы. (2021) Int Rev Neurobiol. 158:171-212. DOI: 10.1016/bs.irn.2020.12.002

+ развернуть аннотацию

Важным компонентом поведения животных является способность обрабатывать эмоции и диссоциировать между положительной и отрицательной валентностью в ответ на вознаграждающий или отталкивающий стимул. Медиальная префронтальная кора (мПФК) отвечает за исполнительные функции высшего порядка, включая познание, обучение и рабочую память; а также участвует в общении — играет важную роль в эмоциональной обработке и контроле. Хотя миндалевидное тело широко считается «эмоциональным центром», mPFC кодирует контекстно-зависимую значимость и обеспечивает нисходящий контроль над лимбическими схемами. Затем mPFC может проводить поведенческие реакции через корково-стриарные и корково-стволовые пути, которые соответствуют эмоциональным стимулам. Имеющиеся данные показывают, что аномалии в mPFC приводят к дефициту общительности, нарушениям рабочей памяти и поведению, связанному с поиском наркотиков, которое включает зависимость и компульсивные расстройства; а также такие состояния, как ангедония. Недавние исследования изучают влияние аберрантной обработки значимости на корковые схемы и популяции нейронов, связанные с этим поведением. В этой главе мы обсудим процессинг валентности mPFC, нейроанатомические связи и физиологические субстраты, участвующие в поведении, связанном с mPFC. Мы рассматриваем нейровычислительные и теоретические модели, такие как «смешанная избирательность», которые описывают когнитивный контроль, внимательность и мотивационные побуждения. Используя эти знания, мы описываем последствия дисбаланса валентности и его влияние на нейронные пути mPFC, которые способствуют дефициту социального познания, при этом понимая влияние на зависимость / компульсивное поведение и ангедонию.

Томова Л., Ван К.Л., Томпсон Т., Мэтьюз Г.А., Такахаши А., Тай, км, Сакс, Р. Острая социальная изоляция вызывает в среднем мозге страстные реакции, подобные голоду. (2020) Природа Нейронаука. 23(12):1597-1605. DOI: 10.1038/s41593-020-00742-z

+ развернуть аннотацию

Цуда, Б., Тай, км, Зигельманн, Х.Т., Сейновски, Т.Дж. Структура моделирования для адаптивного обучения на протяжении всей жизни с передачей и сбережениями за счет блокировки в префронтальной коре. (2020) Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. DOI: 10.1073 / pnas.2009591117

+ развернуть аннотацию

Префронтальная кора кодирует и хранит многочисленные, часто разрозненные схемы и гибко переключается между ними. Недавние исследования искусственных нейронных сетей, обученных с помощью обучения с подкреплением, позволили смоделировать фундаментальные процессы, лежащие в основе кодирования и хранения схемы. Тем не менее, как мозг может создавать новые схемы, сохраняя и используя старые схемы, остается неясным. Здесь мы предлагаем простую структуру нейронной сети, которая включает иерархическую вентиляцию для моделирования способности префронтальной коры гибко кодировать и использовать несколько разрозненных схем. Мы показываем, как гейтирование естественным образом приводит к переносу обучения и надежной экономии памяти. Затем мы показываем, как нейропсихологические нарушения, наблюдаемые у пациентов с префронтальными повреждениями, имитируются поражениями нашей сети. Наша архитектура, которую мы называем DynaMoE, обеспечивает фундаментальную основу для того, как префронтальная кора может обрабатывать множество схем, необходимых для навигации в реальном мире.

Ву, А., Ю, Б., Чен, К., Мэтьюз, Г.А., Лу, К., Кэмпбелл, Э., Тай, км, Комияма, Т. Контекстно-зависимая пластичность взрослых нейронов, регулируемая корковой обратной связью. (2020) Научные достижения 6(42). DOI: 10.1126/sciadv.abc8319

+ развернуть аннотацию

В сложной и динамичной среде мозг гибко настраивает свои цепи, чтобы предпочтительно обрабатывать поведенчески релевантную информацию. Здесь мы исследовали, как обонятельная луковица справляется с этим требованием, изучая пластичность взрослых зернистых клеток (abGCs). Мы обнаружили, что обучение обонятельной дискриминации усиливает обонятельную реакцию молодых abGCs и увеличивает их апикальные дендритные шипы. Эта пластичность не проявлялась ни в abGCs во время пассивного восприятия запаха, ни в резидентных гранулярных клетках (rGCs) во время обучения. Кроме того, мы обнаружили, что проекции обратной связи от грушевидной коры проявляют повышенную активность во время обучения, а активация грушевидной обратной связи вызывает более сильные возбуждающие постсинаптические токи в abGCs, чем rGCs. Инактивация грушевидной обратной связи блокировала пластичность абГЦ во время обучения, а активация грушевидной обратной связи во время пассивного опыта индуцировала сходную с обучением пластичность абГЦ. Наша работа описывает механизм нейронной цепи, который использует взрослый нейрогенез для обновления сенсорной цепи, чтобы гибко адаптироваться к новым поведенческим требованиям.

Шемеш, О.А., Линху, К., Пяткевич, К.Д., Гудвин, Д., Целикер, О.Т., Гриттон, Х.Дж., Романо, М.Ф., Гао, Р., Ю, С.Дж., Ценг, Х.А., Бенсуссен, С., Нараян, С., Ян, К.Т., Фрайфельд, Л., Сицилиано, К.А., Гупта, И., Ван, Дж., Пак, Н., Юн, Ю.Г., Ульманн, Дж.Ф.П., Гунер-Атаман, Б., Ноамани, Х. , Шейнкопф З.Р., Парк В.М., Асано С., Китинг А.Е., Триммер Дж.С., Реймер Дж., Толиас А.С., Беар М.Ф., Тай, км, Хан, X., Аренс, МБ, Бойден, Э.С. Прецизионная визуализация кальция плотных нейронных популяций с помощью индикатора кальция, нацеленного на клеточное тело. (2020) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.05.029

+ развернуть аннотацию

Методы однофотонной флуоресцентной визуализации динамики кальция могут фиксировать активность сотен нейронов в больших полях зрения при низкой сложности и стоимости оборудования. Однако, в отличие от двухфотонных методов, однофотонные методы страдают от более высоких уровней перекрестных помех от нейропиля, что приводит к снижению отношения сигнал/шум и артефактным корреляциям нейронной активности. Мы решаем эту проблему, разрабатывая варианты флуоресцентных индикаторов кальция GCaMP6f и GCaMP7f, нацеленные на клетки организма. Мы проверили слияния GCaMP с природными, а также искусственными пептидами и идентифицировали слияния, которые локализовали GCaMP в пределах 50 мкм от клеточного тела нейронов у мышей и личинок рыбок данио. Однофотонная визуализация GCaMP, нацеленного на сому, в плотных нейронных цепях показала меньше артефактных спайков от нейропиля, повышенное отношение сигнал-шум и снижение артефактной корреляции между нейронами. Таким образом, нацеливание на сому флуоресцентных индикаторов кальция облегчает использование простых, мощных однофотонных методов для визуализации динамики нейронного кальция.

Томова Л., Тай, К., Сакс, Р. Нейронаука неудовлетворенных социальных потребностей. (2019) Социальная неврология. DOI: 10.1080 / 17470919.2019.1694580

+ развернуть аннотацию

Джон Качиоппо сравнил одиночество с голодом или жаждой, поскольку оно сигнализирует о том, что нужно действовать и исправлять то, чего не хватает. В этой статье рассматривается вклад Качиоппо и других авторов в наше понимание нейронных механизмов, лежащих в основе социальной мотивации у людей и других социальных видов. Мы уделяем особое внимание дофаминергической системе вознаграждения и пытаемся интегрировать данные, полученные на животных моделях и исследованиях человека. У грызунов объективная социальная изоляция приводит к усилению социальной мотивации, опосредованной мезолимбической дофаминовой системой мозга. У людей социальное неприятие может привести либо к повышению, либо к снижению социальной мотивации и связано с активностью островковой коры; в то время как хроническое одиночество обычно связано со снижением социальной мотивации, но связано с измененными дофаминергическими реакциями в полосатом теле. Эта смешанная картина межвидовых сходств и различий может возникнуть из-за существенно разных методов, используемых для изучения неудовлетворенных социальных потребностей у разных видов, и предполагает необходимость более прямых и целенаправленных сравнительных исследований между видами в этой критически важной области.

Сицилиано, Калифорния, Ноамани, Х., Чанг, СиДжей, Браун, А.Р., Чен, X., Лейбл, Д., Ли, Дж.Дж., Ван, Дж., Вернон, А.Н., Вандер Вил, КМ, Кимчи, Э.Ю., Хейман , М., Тай, км Корково-стволовая цепь предсказывает и регулирует компульсивное употребление алкоголя. (2019) Наука. 366 (6468): 1008-1012. DOI: 10.1126/science.aay1186

+ развернуть аннотацию

Падилья-Кореано, Н., Канетта, С., Микофски, Р.М., Алуэй, Э., Пассекер, Дж., Мирошниченко, М.В., Гарсия-Гарсия, А.Л., Уоррен, Р., Тебул, Э., Блэкман, Д.Р., Мортон, член парламента, Хупало, С., Тай, км, Келлендонк, К., Купфершмидт, Д.А., Гордон, Дж.А. Гиппокампально-префронтальная тета-передача регулирует поведение избегания. (2019) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2019.08.006

+ развернуть аннотацию

Дальняя синхронизация нейронных колебаний коррелирует с определенным поведением, но ее причинная роль остается недоказанной. У мышей тесты поведения избегания вызывают усиление тета-частоты (~8 Гц) колебательной синхронии между вентральным гиппокампом (vHPC) и медиальной префронтальной корой (mPFC). Чтобы проверить причинную роль этой синхронии, мы динамически модулировали терминальную активность vHPC-mPFC с помощью оптогенетической стимуляции. Колебательная стимуляция на частоте 8 Гц максимально усиливала поведение избегания по сравнению с 2, 4 и 20 Гц. Более того, поведение избегания избирательно усиливалось, когда стимуляция частотой 8 Гц осуществлялась колебательным, а не пульсирующим образом. Кроме того, колебательная стимуляция с частотой 8 Гц усиливала нейротрансмиссию vHPC-mPFC и вовлекала нейронную активность в сеть vHPC-mPFC, что приводило к увеличению синхронности между тета-активностью vHPC и выбросом mPFC. Эти данные указывают на привилегированную роль тета-частотной связи vHPC-mPFC в формировании поведения избегания и предоставляют прямые доказательства того, что синхронизированные колебания играют роль в облегчении нейронной передачи и поведения.

Моббс Д., Адольфс Р., Фанселоу М.С., Барретт Л.Ф., Леду Дж.Е., Ресслер К., Тай, км Точки зрения: подходы к определению и исследованию страха. (2019) Природа Нейронаука. DOI: 10.1038/s41593-019-0456-6

Мэтьюз, Джорджия, Тай, км Нейронные механизмы социального гомеостаза. (2019) Энн. NY Acad. Научно. 1457(1):5-25. DOI: 10.1111/nyas.14016

+ развернуть аннотацию

Социальные связи жизненно важны для выживания во всем царстве животных и динамичны на протяжении всей жизни. Социальная изоляция и одиночество влекут за собой изнурительные последствия, и социальная поддержка становится все более важным фактором в здравоохранении, профилактике заболеваний и восстановлении. Рассматривая социальную связь как «врожденную потребность», выдвигается гипотеза, что эволюционно законсервированные нейронные системы лежат в основе поддержания социальных связей: оповещения индивидуума об их отсутствии и координации эффекторных механизмов для восстановления социального контакта. Это напоминает гомеостатическую систему, предназначенную для поддержания социальных связей. Здесь мы исследуем идентичность нейронных систем, регулирующих «социальный гомеостаз». Мы рассматриваем результаты исследований на грызунах, оценивающих быструю реакцию на социальный дефицит (в форме острой социальной изоляции), и предлагаем использовать параллельные, перекрывающиеся цепи для адаптации к уязвимостям изоляции и восстановления социальных связей. Рассматривая нейронные системы, регулирующие другие гомеостатические потребности, такие как баланс энергии и жидкости, мы обсуждаем потенциальные атрибуты социальной гомеостатической схемы. Мы считаем, что раскрытие идентичности этих цепей/механизмов облегчит наше понимание того, как одиночество увековечивает долговременные болезненные состояния, которые, по нашему предположению, могут быть результатом устойчивого включения социальных гомеостатических цепей.

Сицилиано, Калифорния, Тай, км Использование визуализации кальция для освещения дисфункции контуров при зависимости. (2019) Алкоголь. 74:47-63. DOI: 10.1016/j.alcohol.2018.05.013

+ развернуть аннотацию

Употребление алкоголя и наркотиков может нарушить регуляцию функции нервной системы, что приведет к широкому спектру нервно-психических расстройств, включая зависимость. Чтобы понять расчеты нейронных цепей, которые опосредуют поведение, и то, как вещества, вызывающие злоупотребление, могут их трансформировать, мы должны сначала иметь возможность наблюдать за активностью цепей. Хотя для измерения активности в определенных областях мозга использовалось множество методов, эти области состоят из гетерогенных субпопуляций, и оценка активности интересующих нейронных популяций была постоянной проблемой. Чтобы полностью понять, как нейронные цепи опосредуют поведение, связанное с зависимостью, мы должны быть в состоянии выявить клеточную гранулярность в областях и цепях мозга, накладывая функциональную информацию на генетическую и анатомическую идентичность задействованных клеток. Разработка генетически закодированных индикаторов кальция, которые могут быть нацелены на представляющие интерес популяции, позволяет визуализировать in vivo динамику кальция, показатель активности нейронов, тем самым предоставляя возможность для оценки активности в реальном времени в генетически и анатомически определенных популяциях во время поведение. Здесь мы освещаем последние достижения в технологии визуализации кальция, сравниваем текущую технологию с другими современными подходами для мониторинга активности нейронов in vivo, а также обсуждаем сильные стороны, ограничения и практические проблемы наблюдения за активностью нейронных цепей в доклинических исследованиях. модели зависимости.

Weele, CMV, Сицилиано, Калифорния, Тай, км Дофамин настраивает префронтальные выходы, чтобы управлять аверсивной обработкой. (2018) Исследование мозга. DOI: 10.1016/j.brainres.2018.11.044

+ развернуть аннотацию

Десятилетия исследований показывают, что мезокортикальная дофаминовая система осуществляет мощный контроль над физиологией и функцией mPFC. Действительно, передача сигналов дофамина в медиальной префронтальной коре (mPFC) вовлечена в широкий спектр процессов, включая рабочую память, различение стимулов, реакцию на стресс, а также эмоциональный и поведенческий контроль. Следовательно, даже небольшие возмущения в этой деликатной системе приводят к глубоким нарушениям процессов, опосредованных mPFC. Многие нервно-психические расстройства связаны с нарушением регуляции мезокортикального дофамина, включая шизофрению, депрессию, синдром дефицита внимания и гиперактивности, посттравматическое стрессовое расстройство и другие. Здесь мы рассмотрим анатомию и функции мезокортикальной дофаминовой системы. В отличие от канонической роли стриарного дофамина в функциях, связанных с вознаграждением, недавняя работа показала, что мезокортикальный дофамин точно настраивает отдельные эфферентные проекционные популяции таким образом, что последующее поведение смещается в сторону реакции на стимулы, связанные с потенциально неприятными результатами. Мы предлагаем структуру, в которой дофамин может служить сигналом для переключения состояний mPFC, управляя тем, как информация направляется в остальную часть мозга.

Вандер Виле, КМ, Сицилиано, Калифорния, Мэтьюз, Г.А., Намбури, П., Изадмер, Э.М., Эшпинель, И.С., Ние, Э.Х., Шут, Э.С.С., Падилья-Кореано, Н., Бургос-Роблес, А., Чанг, CJ, Kimchi, EY, Beyeler, A., Wichmann, R., Wildes, CP, Тай, км Дофамин увеличивает отношение сигнал/шум при кодировании стволом коры головного мозга аверсивных стимулов. (2018) Природа. 563(7731):397-401. DOI: 10.1038/s41586-018-0682-1

+ развернуть аннотацию

Дофамин модулирует активность медиальной префронтальной коры (мПФК), опосредуя разнообразные поведенческие функции; однако точные расчеты схемы остаются неизвестными. Одна потенциально объединяющая модель, с помощью которой дофамин может лежать в основе множества функций, заключается в модуляции отношения сигнал-шум в субпопуляциях нейронов mPFC, где нейронная активность, передающая сенсорную информацию (сигнал), усиливается по сравнению со спонтанным срабатыванием (шум). Здесь мы демонстрируем, что дофамин увеличивает отношение сигнал-шум ответов на аверсивные стимулы в нейронах mPFC, проецирующихся на дорсальный периакведуктальный серый цвет (dPAG). Используя электрохимический подход, мы выявили точный временной ход вызываемого щипком высвобождения дофамина в mPFC и показали, что дофамин mPFC искажает поведенческие реакции на аверсивные стимулы. Активации нейронов mPFC-dPAG достаточно, чтобы вызвать избегание места и защитное поведение. Нейроны mPFC-dPAG демонстрируют устойчивые возбуждения, вызванные ударом, что визуализируется с помощью одноклеточной микроэндоскопической визуализации кальция с определенной проекцией. Наконец, фотостимуляция дофаминовых окончаний в mPFC выявляет увеличение отношения сигнал/шум в ответах mPFC-dPAG на аверсивные стимулы. Вместе эти данные показывают, как дофамин в mPFC может избирательно направлять сенсорную информацию к определенным нижестоящим цепям, представляя потенциальный механизм цепи для обработки валентности.

Сицилиано, Калифорния, Миллс, Ф., Тай, км Двойная угроза в передаче сигналов дофамина в полосатом теле. (2018) Природа Нейронаука. 21(10):1296-1297. DOI: 10.1038/s41593-018-0243-9

Тай, км Мотивы нейронных цепей в обработке валентности. (2018) Neuron. 100(2):436-452. DOI: 10.1016/j.neuron.2018.10.001

+ развернуть аннотацию

Как наш мозг определяет, хорошо это или плохо? Как эта вычислительная цель реализуется в биологических системах? Учитывая критическую важность обработки валентности для выживания, мозг разработал несколько стратегий для решения этой проблемы на разных уровнях. Психологическая концепция «эмоциональной валентности» в настоящее время начинает находить основание в неврологии. Этот обзор направлен на преодоление разрыва между психологией и неврологией по теме обработки эмоциональных валентностей. Здесь я выделяю подмножество исследований, иллюстрирующих мотивы цепей, которые неоднократно появляются как системы реализации в процессинге валентности. Мотивы, которые я считаю важными для обработки валентности, включают (1) помеченные линии, (2) расходящиеся пути, (3) противоположные компоненты и (4) нейромодулирующее усиление. Важно отметить, что функциональность нейронных субстратов при обработке валентности является динамичной, контекстно-зависимой и меняется в коротких и длинных временных масштабах из-за синаптической пластичности, конкурирующих механизмов и гомеостатической потребности.

Олсоп, С.А., Вихманн, Р., Миллс, Ф., Бургос-Роблес, А., Чанг, С.Дж., Феликс-Ортис, А.С., Вьенн, А., Байелер, А., Изадмер, Э.М., Глобер, Г., Кам, М.И., Стергиаду, Дж., Анандалингам, К.К., Фаррис, К., Намбури, П., Леппла, Калифорния, Веддингтон, Дж. К., Нье, Э.Х., Смит, А.С., Ба, Д., Браун, Э.Н., Тай, км Corticoamygdala Передача социально полученной информации Gates Observation Learning. (2018) Cell. 173(6):1329-1342.e18. DOI: 10.1016/j.cell.2018.04.004

+ развернуть аннотацию

Обучение через наблюдение — это мощный инструмент выживания, позволяющий людям узнавать о стимулах, предсказывающих угрозу, без непосредственного взаимодействия предсказывающего сигнала и наказания. Эта способность связана с передней поясной корой (ACC) и базолатеральной миндалевидным телом (BLA). Чтобы исследовать, как информация кодируется и передается через эту цепь, мы провели электрофизиологические записи на мышах, наблюдая за тем, как мышь-демонстратор подвергается ассоциативному формированию страха, и обнаружили, что нейроны ACC, проецирующие BLA (ACC → BLA), предпочтительно кодируют социально полученную аверсивную сигнальную информацию. Ингибирование ACC → BLA изменяет репрезентацию миндалевидным телом аверсивного сигнала в реальном времени во время кондиционирования наблюдения. Избирательное ингибирование проекции ACC→BLA нарушало приобретение, но не выражение условного рефлекса страха наблюдения. Мы показываем, что информация, полученная в результате наблюдения об отталкивающей ценности сигнала, передается от ППК к БЛА и что эта маршрутизация информации имеет решающее значение для формирования условного рефлекса страха под наблюдением. ВИДЕО РЕЗЮМЕ.

Тай, км, Учида, Н. Обзор редакции: Нейробиология поведения. (2018) Текущее мнение в нейробиологии. 49:IV-IX. DOI: 10.1016/j.conb.2018.02.019

Чаттерджи, С., Салливан, Х.А., Макленнан, Б.Дж., Сюй, Р., Хоу, Ю., Лавин, Т.К., Леа, Н.Е., Михальски, Дж.Е., Бэбкок, К.Р., Дитрих, С., Мэтьюз, Г.А., Бейелер, А., Калхун Г.Г., Глобер Г., Уайтселл Д.Д., Яо С., Сетин А., Харрис Д.А., Цзэн Х., Тай, км, Рид, Р.С., Викершем, И.Р. Нетоксичные, мутантные по двойной делеции вирусные векторы бешенства для ретроградного нацеливания на проекционные нейроны. (2018) Природа Нейронаука. 21(4):638-646. DOI: 10.1038/s41593-018-0091-7

+ развернуть аннотацию

Рекомбинантные вирусные векторы бешенства оказались полезными для приложений, включая ретроградное нацеливание на проекционные нейроны и моносинаптическое отслеживание, но их цитотоксичность ограничивает их использование краткосрочными экспериментами. Здесь мы представляем новый класс вирусных векторов бешенства с двойной делецией и мутацией, которые оставляют трансдуцированные клетки живыми и здоровыми на неопределенный срок. Делеция гена вирусной полимеразы устраняла цитотоксичность и снижала экспрессию трансгена до следовых уровней, но сохраняла способность векторов ретроградно инфицировать проекционные нейроны и экспрессировать рекомбиназы, что позволяло экспрессировать другие трансгенные продукты, такие как флуорофоры и индикаторы кальция. Морфология ретроградно направленных клеток оставалась неизменной через 1 год после инъекции. Записи цельноклеточного патч-клэмпа не показали физиологических отклонений через 8 недель. Продольная двухфотонная структурная и функциональная визуализация in vivo, отслеживающая тысячи отдельных нейронов в течение до 4 месяцев, показала, что трансдуцированные нейроны не погибают, но сохраняют стабильные свойства зрительного ответа даже в самые длительные моменты времени.

Бейелер, А., Чанг, С.Дж., Сильвестр, М., Левек, К., Намбури, П., Уайлдс, К.П., Тай, км Организация нейронов, кодирующих валентность и определяемых проекцией, в базолатеральной миндалевидном теле. (2018) Сотовые отчеты 22(4):905-918. DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.097

+ развернуть аннотацию

Базолатеральная миндалина (БЛА) опосредует ассоциативное обучение как страху, так и вознаграждению. Накапливающиеся данные подтверждают представление о том, что различные проекции BLA отчетливо изменяют мотивированное поведение, включая проекции на прилежащее ядро (NAc), медиальную часть центральной миндалины (CeM) и вентральный гиппокамп (vHPC). Хотя существует консенсус в отношении существования отдельных подмножеств нейронов BLA, кодирующих положительную или отрицательную валентность, остаются разногласия относительно анатомического расположения этих популяций. Во-первых, мы наносим на карту расположение более 1,000 нейронов, распределенных по BLA и зарегистрированных во время задачи распознавания Павлова. Затем мы определяем расположение определяемых проекцией нейронов, помеченных ретроградными трассерами, и используем CLARITY, чтобы выявить аксональный путь в трехмерном пространстве. Наконец, мы исследуем локальное влияние каждой определенной проекции популяции в BLA. Понимание функциональной и топографической организации цепей, лежащих в основе присвоения валентности, может раскрыть фундаментальные принципы эмоциональной обработки.

Ван, В., Уайлдс, К.П., Паттарабанджирд, Т., Санчес, М.И., Глобер, Г.Ф., Мэтьюз, Г.А., Тай, км, Тинг, А.И. Фактор транскрипции, управляемый светом и кальцием, для визуализации и управления активированными нейронами. (2017) Природная биотехнология. 35(9):864-871. DOI: 10.1038/nbt.3909

+ развернуть аннотацию

Активность реконструирует нейроны, изменяя их молекулярные, структурные и электрические характеристики. Чтобы обеспечить выборочную характеристику и манипулирование этими нейронами, мы представляем FLARE, сконструированный фактор транскрипции, который управляет экспрессией флуоресцентных белков, опсинов и других генетически закодированных инструментов только в подмножестве нейронов, которые проявляли активность в течение заданного пользователем временного окна. FLARE ощущает совпадение повышенного содержания кальция в цитозоле и внешнего синего света, которые вместе вызывают транслокацию транслокационного фактора транскрипции, закрепленного на мембране, в ядро, чтобы стимулировать экспрессию любого трансгена. В культивируемых нейронах крыс FLARE дает отношение сигнала света к темноте 120 и отношение сигнала высокого к низкому кальцию 10 после 10 минут стимуляции. Экспрессия опсина позволяла осуществлять функциональные манипуляции с FLARE-маркированными нейронами. У взрослых мышей FLARE также давал в коре головного мозга зависимую от света и двигательной активности транскрипцию. Благодаря своей модульной конструкции, минутному временному разрешению и минимальной утечке в темном состоянии FLARE должен быть полезен для изучения процессов, зависящих от активности в нейронах и других клетках, которые передают сигналы с помощью кальция.

Вэй Д., Олсоп С., Тай, К., Пиомелли, Д. Эндоканнабиноидная сигнализация в контроле социального поведения. (2017) Тенденции в нейронауках. 40(7):385-396. DOI: 10.1016/j.tins.2017.04.005

+ развернуть аннотацию

Бургос-Роблес, А., Кимчи, Э.Ю., Изадмер, Э.М., Порценхайм, М.Дж., Рамос-Гуасп, В.А., Ние, Э.Х., Феликс-Ортис, А.С., Намбури, П., Леппла, К.А., Пресбри, К.Н., Анандалингам, К.К., Паган-Ривера П.А., Анахтар М., Бейелер А., Тай, км Сигналы, поступающие от миндалевидного тела в префронтальную кору, определяют поведение в условиях противоречивых сигналов вознаграждения и наказания. (2017) Природа Нейронаука. 20(6):824-835. DOI: 10.1038/nn.4553

+ развернуть аннотацию

Оркестрирование соответствующих поведенческих реакций перед лицом конкурирующих сигналов, которые предсказывают либо награды, либо угрозы в окружающей среде, имеет решающее значение для выживания. Базолатеральное ядро миндалевидного тела (BLA) и прелимбическая (PL) медиальная префронтальная кора участвуют в реакциях, связанных с поиском награды и страхом, но то, как информация течет между этими реципрокно связанными структурами для координации поведения, неизвестно. Мы регистрировали нейронную активность от BLA и PL, в то время как крысы выполняли задание, в котором одновременно предъявлялись конкурирующие сигналы, предсказывающие шок и сахарозу. Коррелированное срабатывание в первую очередь демонстрировало направленность BLA→PL во время сигнала, связанного с шоком. Кроме того, нейроны BLA, оптогенетически идентифицированные как проецирующие на PL, более точно предсказывали поведенческие реакции во время соревнований, чем неидентифицированные нейроны BLA. Наконец, фотостимуляция проекции BLA→PL усиливала замирание, тогда как хемогенетическое и оптогенетическое ингибирование уменьшало замирание. Следовательно, схема BLA→PL имеет решающее значение для управления выбором поведенческих реакций перед лицом конкурирующих сигналов.

Мэтьюз, Джорджия, Тай, км Новая ручка для горячей темы: генетические маркеры для теплового зондирования. (2016) Cell. 167(1):43-44. DOI: 10.1016/j.cell.2016.09.016

+ развернуть аннотацию

Них, Э.Х., Вандер Вил, К.М., Мэтьюз, Г.А., Пресбри, К.Н., Вихманн, Р., Леппла, К.А., Изадмер, Э.М., Тай, км Ингибирующий вход из латерального гипоталамуса в вентральную область покрышки растормаживает дофаминовые нейроны и способствует поведенческой активации. (2016) Neuron. 90(6):1286-1298. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.04.035

+ развернуть аннотацию

Проекции от латерального гипоталамуса (LH) к вентральной области покрышки (VTA), содержащие как ГАМКергические, так и глутаматергические компоненты, кодируют условные реакции и контролируют компульсивное поведение поиска вознаграждения. Было показано, что ГАМКергические нейроны в ЛГ опосредуют поведение, связанное с аппетитом и питанием. Здесь мы показываем, что ГАМКергический компонент пути LH-VTA поддерживает положительное подкрепление и предпочтение места, в то время как глутаматергический компонент опосредует избегание места. Кроме того, наши результаты показывают, что фотоактивация этих проекций модулирует другие виды поведения, такие как социальное взаимодействие и настойчивое исследование нового объекта. Мы приводим доказательства того, что фотостимуляция ГАМКергического компонента LH-VTA, но не глутаматергического компонента, увеличивает высвобождение дофамина (DA) в прилежащем ядре (NAc) посредством ингибирования локальных VTA ГАМКергических нейронов. Наше исследование проясняет, как ГАМКергические входы ЛГ в ВТА могут способствовать общей поведенческой активации в различных контекстах, что согласуется с ролью в повышении мотивационной значимости. ВИДЕО РЕЗЮМЕ.

Намбури П., Аль-Хасани Р., Калхун Г.Г., Брухас М.Р., Тай, км Архитектурное представление валентности в лимбической системе. (2016) Neuropsychopharmacology. 41(7):1697-715. DOI: 10.1038/npp.2015.358

+ развернуть аннотацию

Чтобы процветать, животные должны быть в состоянии распознавать аверсивные и аппетитные стимулы в окружающей среде и впоследствии инициировать соответствующие поведенческие реакции. Это присвоение стимулу положительной или отрицательной валентности является ключевой особенностью эмоциональной обработки, нейронные субстраты которой были предметом изучения в течение нескольких десятилетий. До недавнего времени результатом этой работы была идентификация специфических областей мозга, таких как базолатеральная миндалина (BLA) и прилежащее ядро (NAc), важных для кодирования валентности. Появление современных инструментов в неврологии позволило провести дальнейшее исследование этих областей для выявления конкретных популяций нейронов, сигнализирующих о валентности стимулов окружающей среды. В этом обзоре мы сосредоточимся на недавней работе по изучению механизмов кодирования валентности и предложим модель для систематического исследования валентности в анатомически, генетически и функционально определенных популяциях нейронов.

Феликс-Ортис, А.С., Бургос-Роблес, А., Бхагат, Н.Д., Леппла, Калифорния, Тай, км Двунаправленная модуляция поведения, связанного с тревогой, и социального поведения проекциями миндалевидного тела на медиальную префронтальную кору. (2016) Neuroscience. 321:197-209. DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.07.041

+ развернуть аннотацию

Бейелер А., Намбури П., Глобер Г. Ф., Симоннет К., Калхун Г. Г., Коньерс Г. Ф., Лак Р., Уайлдс К. П., Тай, км Дивергентная маршрутизация положительной и отрицательной информации из миндалевидного тела во время восстановления памяти. (2016) Neuron. 90(2):348-361. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.03.004

+ развернуть аннотацию

Хотя известно, что базолатеральная миндалина (БЛА) играет критическую роль в формировании воспоминаний как положительной, так и отрицательной валентности, кодирование и маршрутизация информации, связанной с валентностью, плохо изучены. Здесь мы записали нейроны BLA во время поиска ассоциативных воспоминаний и использовали оптогенетически опосредованную фотометку для идентификации популяций нейронов, которые образуют синапс в прилежащем ядре (NAc), центральной миндалине (CeA) или вентральном гиппокампе (vHPC). Мы обнаружили, что, несмотря на гетерогенные нейронные ответы в каждой популяции, доля нейронов BLA-NAc, возбужденных сигналами, предсказывающими вознаграждение, и нейронов BLA-CeA, возбужденных сигналами, предсказывающими отвращение, была выше, чем во всем BLA. Хотя известно, что проекция BLA-vHPC управляет поведением с врожденной отрицательной валентностью, эти нейроны не кодируют преимущественно приобретенную отрицательную валентность. Вместе эти находки предполагают, что кодирование валентности в BLA по крайней мере частично опосредовано дивергентной активностью анатомически определенных нейронных популяций.

Мэтьюз, Джорджия, Ниех, Э.Х., Вандер Вил, КМ, Халберт, С.А., Прадхан, Р.В., Йосафат, А.С., Глобер, Г.Ф., Изадмер, Э.М., Томас, Р.Е., Лейси, Г.Д., Уайлдс, К.П., Унглесс, Массачусетс, Тай, км Дофаминовые нейроны дорсального шва представляют опыт социальной изоляции. (2016) Cell. 164(4):617-31. DOI: 10.1016/j.cell.2015.12.040

+ развернуть аннотацию

Мотивация к поиску социальных контактов может возникать как из положительных, так и из отрицательных эмоциональных состояний, поскольку социальное взаимодействие может быть полезным, а социальная изоляция может вызывать отвращение. В то время как дофаминовые (DA) нейроны вентральной области покрышки (VTA) могут опосредовать социальное вознаграждение, клеточный субстрат для негативного аффективного состояния одиночества остается неуловимым. Здесь мы определяем функциональную роль DA-нейронов в дорсальном ядре шва (DRN), в котором мы наблюдаем синаптические изменения после острой социальной изоляции. Нейроны DRN DA проявляют повышенную активность при социальном контакте после изоляции, что было выявлено с помощью визуализации кальция in vivo. Оптогенетическая активация нейронов DRN DA увеличивает социальные предпочтения, но вызывает избегание места. Кроме того, эти нейроны необходимы для стимулирования восстановления общительности после острого периода изоляции. Наконец, степень, в которой эти нейроны модулируют поведение, предсказывается социальным рангом, что вместе подтверждает роль дофаминовых нейронов DRN в опосредовании состояния, подобного одиночеству. СКРЕПКА ДЛЯ БУМАГ.

Сидор М.М., Спенсер С.М., Дзираса К., Парех П.К., Тай, км, Warden, MR, Arey, RN, Enwright, JF, Jacobsen, JP, Kumar, S., Remillard, EM, Caron, MG, Deisseroth, K., McClung, CA Дневные всплески дофаминергической активности вызывают быструю смену настроения у мышей. (2015) Молекулярная Психиатрия. 20(11):1406-19. DOI: 10.1038/mp.2014.167

+ развернуть аннотацию

Нарушения циркадианных ритмов и дофаминергической активности вовлечены в патофизиологию биполярного расстройства, хотя их взаимодействие остается неясным. Более того, отсутствие моделей животных, демонстрирующих спонтанное чередование состояний настроения, препятствует нашему механистическому пониманию переключения настроения. Здесь мы обнаруживаем, что мыши с мутацией в гене циркадных часов (ClockΔ19) демонстрируют быструю смену настроения с глубоким маниакальным фенотипом, возникающим в течение дня после периода эутимии ночью. Циклическое изменение настроения совпадает с аномальными дневными пиками дофаминергической активности вентральной области покрышки (VTA), уровней тирозингидроксилазы (TH) и синтеза дофамина. Чтобы определить значение дневного повышения активности дофамина в VTA для маниакального поведения, мы разработали новую парадигму оптогенетической стимуляции, которая вызывает устойчивое увеличение активности дофаминовых нейронов, и обнаружили, что это вызывает маниакальное поведенческое состояние. Зависимое от времени снижение активности ТГ в течение дня меняет поведение, связанное с манией, у мышей ClockΔ19. Наконец, мы показываем, что CLOCK действует как негативный регулятор транскрипции TH, раскрывая новый молекулярный механизм, лежащий в основе циклических изменений в поведении, связанном с настроением. В совокупности эти исследования выявили механистическую связь между нарушением циркадных генов и ускорением маниакальных эпизодов при биполярном расстройстве.

Калхун, Г.Г., Тай, км Разрешение нейронных цепей тревоги. (2015) Природа Нейронаука. 18(10):1394-404. DOI: 10.1038/nn.4101

+ развернуть аннотацию

Адамантидис, А., Арбер, С., Бейнс, Дж.С., Бамберг, Э., Бончи, А., Бужаки, Г., Кардин, Дж.А., Коста, Р.М., Дэн, Ю., Года, Ю., Грейбиел, А.М. , Хойссер, М., Хегеманн, П., Хугенард, Дж.Р., Инзель, Т.Р., Янак, П.Х., Джонстон, Д., Джосселин, С.А., Кох, К., Крейцер, А.С., Люшер, К., Маленко, Р.С., Мизенбёк, Г., Нагель, Г., Рошка, Б., Шнитцер, М.Ю., Шеной, К.В., Солтес, И., Стернсон, С.М., Циен, Р.В., Циен, Р.Ю., Турриджано, Г.Г., Тай, км, Уилсон, Род-Айленд Оптогенетика: 10 лет после появления ChR2 в нейронах — взгляды сообщества. (2015) Природа Нейронаука. 18(9):1202-12. DOI: 10.1038/nn.4106

Намбури П., Бейелер А., Йорозу С., Калхун Г.Г., Халберт С.А., Вичманн Р., Холден С.С., Мертенс К.Л., Анахтар М., Феликс-Ортис А.С., Викершем И.Р. , Грей, Дж. М., Тай, км Цепной механизм для дифференциации положительных и отрицательных ассоциаций. (2015) Природа. 520 (7549): 675-8. DOI: 10.1038/nature14366

+ развернуть аннотацию

Способность дифференцировать стимулы, предсказывающие положительные или отрицательные результаты, имеет решающее значение для выживания, а нарушения обработки эмоций лежат в основе многих психических заболеваний. Синаптическая пластичность в базолатеральном комплексе миндалины (БЛА) опосредует приобретение ассоциативных воспоминаний, как положительных, так и отрицательных. Различные популяции нейронов BLA могут кодировать ассоциации страха или вознаграждения, но отличительные черты этих популяций и синаптические механизмы дифференциации положительной и отрицательной эмоциональной валентности остаются неизвестными. Здесь мы показываем, что BLA-нейроны, проецирующиеся на прилежащее ядро (NAc-проекторы) или центромедиальную миндалину (CeM-проекторы), претерпевают противоположные синаптические изменения вслед за обусловливанием страха или вознаграждения. Мы обнаружили, что фотостимуляция проекторов NAc поддерживает положительное подкрепление, в то время как фотостимуляция проекторов CeM опосредует отрицательное подкрепление. Фотоингибирование проекторов CeM ухудшает условный рефлекс страха и усиливает условный рефлекс вознаграждения. Мы характеризуем эти функционально различные популяции нейронов, сравнивая их электрофизиологические, морфологические и генетические особенности. В целом, мы даем механистическое объяснение репрезентации положительных и отрицательных ассоциаций в миндалевидном теле.

Них, Э.Х., Мэтьюз, Г.А., Оллсоп, С.А., Пресбри, К.Н., Леппла, К.А., Вихманн, Р., Нив, Р., Уайлдс, К.П., Тай, км Расшифровка нейронных цепей, контролирующих навязчивый поиск сахарозы. (2015) Cell. 160(3):528-41. DOI: 10.1016/j.cell.2015.01.003

+ развернуть аннотацию

Латеральная проекция гипоталамуса (LH) на вентральную область покрышки (VTA) была связана с обработкой вознаграждения, но вычисления в петле LH-VTA, которые приводят к конкретным аспектам поведения, было трудно изолировать. Мы показываем, что нейроны LH-VTA кодируют усвоенное действие по поиску вознаграждения, независимо от наличия вознаграждения. Напротив, нейроны LH ниже по течению от VTA кодируют сигналы, прогнозирующие вознаграждение, и неожиданное упущение вознаграждения. Мы показываем, что ингибирование пути LH-VTA снижает «навязчивый» поиск сахарозы, но не потребление пищи у голодных мышей. Мы выявили, что ЛГ посылает возбуждающие и тормозные импульсы на дофаминовые (ДА) и ГАМК-нейроны VTA, и что ГАМКергическая проекция управляет поведением, связанным с кормлением. Наше исследование объединяет информацию о типе, функциях и связях нейронов ЛГ и идентифицирует нейронную цепь, которая избирательно контролирует навязчивое потребление сахара, не препятствуя питанию, необходимому для выживания, обеспечивая потенциальную цель для терапевтических вмешательств при компульсивном переедании.

Джанак, РН, Тай, км От цепей к поведению в миндалевидном теле. (2015) Природа. 517 (7534): 284-92. DOI: 10.1038/nature14188

+ развернуть аннотацию

Сидор, М.М., Дэвидсон, Т.Дж., Тай, км, Уорден, М.Р., Диссерот, К., МакКланг, Калифорния Оптогенетическая стимуляция in vivo центральной нервной системы грызунов. (2015) Юпитер.(95): 51483 DOI: 10.3791/51483

+ развернуть аннотацию

Способность исследовать определенные нейронные цепи у бодрствующих, свободно движущихся животных со специфичностью к клеточному типу, пространственной точностью и высоким временным разрешением давно была искомым инструментом для нейробиологов в поиске на системном уровне нейронных схем, управляющих сложными поведенческими состояниями. Оптогенетика — это передовой инструмент, который произвел революцию в области нейронауки и представляет собой один из первых систематических подходов, позволяющих проводить причинно-следственные тесты в отношении связи между нейронными сигнальными событиями и поведением. Комбинируя оптические и генетические подходы, нейронную передачу сигналов можно двунаправленно контролировать посредством экспрессии светочувствительных ионных каналов (опсинов) в клетках млекопитающих. Текущий протокол описывает доставку определенных длин волн света к клеткам, экспрессирующим опсин, в глубоких структурах мозга бодрствующих, свободно движущихся грызунов для модуляции нейронной цепи. Теоретические принципы передачи света в качестве экспериментального соображения обсуждаются в контексте проведения оптогенетической стимуляции in vivo. В протоколе подробно описывается дизайн и конструкция как простых, так и сложных лазерных конфигураций, а также описываются стратегии привязывания, позволяющие одновременно стимулировать нескольких животных для высокопроизводительного поведенческого тестирования.

Тай, км Перепрограммирование нейронных цепей: новая парадигма лечения нервно-психических заболеваний? (2014) Neuron. 83(6):1259-61. DOI: 10.1016/j.neuron.2014.08.022

+ развернуть аннотацию

Чуонг, А.С., Мири, М.Л., Бусскамп, В., Мэтьюз, Г.А., Акер, Л.С., Соренсен, А.Т., Янг, А., Клапоэтке, Н.К., Хеннингер, М.А., Кодандарамайя, С.Б., Огава, М., Раманлал, С.Б. , Бэндлер, Р.С., Аллен, Б.Д., Форест, Ч.Р., Чоу, Б.Я., Хан, X., Лин, Ю., Тай, км, Рошка Б., Кардин Дж.А., Бойден Э.С. Неинвазивное оптическое ингибирование микробным родопсином с красным смещением. (2014) Природа Нейронаука. 17(8):1123-9. DOI: 10.1038/nn.3752

+ развернуть аннотацию

Олсоп, С.А., Вандер Виле, К.М., Вихманн, Р., Тай, км Оптогенетические взгляды на взаимосвязь между поведением, связанным с тревогой, и социальным дефицитом. (2014) Фронт Behav Neurosci. 8:241. DOI: 10.3389/fnbeh.2014.00241

+ развернуть аннотацию

Многие психические заболевания характеризуются дефицитом в социальной сфере. Например, существует высокий уровень сопутствующих заболеваний между расстройствами аутистического спектра и тревожными расстройствами. Тем не менее, общие механизмы нейронной цепи, с помощью которых социальный дефицит и другие психические заболевания, такие как тревога, совместно проявляются, остаются неясными. Здесь мы рассматриваем оптогенетические исследования нейронных цепей в животных моделях поведения, связанного с тревогой, и социального поведения и обсуждаем важную роль миндалевидного тела в опосредовании аспектов этого поведения. В частности, мы сосредоточимся на недавних доказательствах того, что проекции от базолатеральной миндалевидного тела (BLA) к вентральному гиппокампу (vHPC) модулируют поведение, связанное с тревогой, а также изменяют социальное взаимодействие. Понимание того, как этот контур влияет как на социальное поведение, так и на тревогу, может дать механистическое объяснение патогенеза социального тревожного расстройства, а также распространенности пациентов с сопутствующим диагнозом расстройств аутистического спектра и тревожных расстройств. Кроме того, выяснение того, как схемы, модулирующие социальное поведение, также опосредуют другие сложные эмоциональные состояния, приведет к лучшему пониманию основных механизмов, с помощью которых социальный дефицит выражается в психических заболеваниях.

Гунайдин Л.А., Гросеник Л., Финкельштейн Дж.К., Каувар И.В., Фенно Л.Е., Адхикари А., Ламмель С., Мирзабеков Дж.Дж., Айран Р.Д., Залокуски К.А., Тай, км, Аникеева П., Маленко Р.С., Дейссерот К. Динамика естественных нейронных проекций, лежащая в основе социального поведения. (2014) Cell. 157(7):1535-51. DOI: 10.1016/j.cell.2014.05.017

+ развернуть аннотацию

Социальное взаимодействие представляет собой сложное поведение, необходимое для многих видов, и оно нарушается при серьезных нервно-психических расстройствах. Фармакологические исследования выявили участие определенных систем нейротрансмиттеров в социальном поведении, но понимание эндогенной нейронной активности во время социального взаимодействия на уровне контуров отсутствует. Поэтому мы разработали и применили новую методологию, называемую фотометрией волокон, для оптической записи естественной нейронной активности в проекциях, определенных генетически и связностью, чтобы выяснить роль определенных путей в реальном времени в поведении млекопитающих. Фотометрия волокон показала, что динамика активности проекции вентральной области покрышки (VTA) к прилежащему ядру (NAc) может кодировать и предсказывать ключевые особенности социального, но не взаимодействия с новым объектом. В соответствии с этим наблюдением, оптогенетического контроля клеток, специфически участвующих в этой проекции, было достаточно, чтобы модулировать социальное поведение, которое опосредовано передачей сигналов дофаминового рецептора 1 типа ниже по течению в NAc. Таким образом, прямое наблюдение за специфичной для глубокой проекции активностью фиксирует фундаментальное и ранее недоступное измерение динамики контуров млекопитающих.

Бейелер, А., Экхардт, Калифорния, Тай, км Расшифровка функции памяти с помощью оптогенетики. (2014) Prog Mol Biol Transl Sci. 122:341-90. DOI: 10.1016/B978-0-12-420170-5.00012-X

+ развернуть аннотацию

Хоуз, М.Е., Харамильо, ТС, Эспиноса, Ф., Видман, А.Дж., Стубер, Г.Д., Спарта, Д.Р., Тай, км, Руссо, С.Дж., Парада, Л.Ф., Ставараче, М., Каплитт, М., Бончи, А., Пауэлл, К.М. Нокдаун PTEN изменяет морфологию дендритных шипов/выпячиваний, но не плотность. (2014) Журнал сравнительной неврологии. 522(5):1171-90. DOI: 10.1002/cne.23488

+ развернуть аннотацию

Мутации фосфатазы и гомолога тензина, делетированные на хромосоме 10 (PTEN), связаны с нервно-психическими расстройствами, включая аутизм. Предыдущие исследования сообщают, что нокдаун PTEN в нейронах in vivo приводит к увеличению плотности шипов и синаптической активности. Чтобы лучше охарактеризовать синаптические изменения в нейронах, лишенных PTEN, мы исследовали влияние нокдауна кшРНК PTEN в базолатеральных нейронах миндалины на плотность и морфологию синаптических шипов с помощью конфокальной визуализации флуоресцентного красителя. В отличие от предыдущих исследований зубчатой извилины, мы обнаружили, что нокдаун PTEN в базолатеральной миндалине приводит к значительному снижению общей плотности шипиков в дистальных дендритах. Любопытно, что это снижение плотности шипиков связано с увеличением частоты и амплитуды миниатюрных возбуждающих постсинаптических токов, что указывает на увеличение числа и функции зрелых шипиков. Эти, казалось бы, противоречивые результаты были согласованы с помощью анализа морфологии шипов, демонстрирующего увеличение плотности и размера грибовидных шипов с соответствующим уменьшением плотности тонких выступов в более дистальных сегментах. Тот же анализ условной делеции PTEN в зубчатой извилине показал, что потеря PTEN существенно не изменяет общую плотность дендритных выпячиваний в зубчатой извилине, но снижает плотность тонких выпячиваний и увеличивает плотность более зрелых грибовидных шипиков. Эти данные свидетельствуют о том, что, вопреки предыдущим сообщениям, нокдаун PTEN может не индуцировать спиногенез de novo, а вместо этого может увеличивать синаптическую активность, вызывая морфологическое и функциональное созревание шипиков. Кроме того, поведенческий анализ нокдауна PTEN в базолатеральной миндалине предполагает, что эти изменения, ограниченные только комплексом базолатеральной миндалины, могут быть недостаточными, чтобы вызвать усиление поведения, связанного с тревогой.

Ламмель, С., Тай, км, Уорден, М.Р. Прогресс в понимании расстройств настроения: оптогенетическое рассечение нейронных цепей. (2014) Гены, мозг и поведение. 13(1):38-51. DOI: 10.1111/gbb.12049

+ развернуть аннотацию

Большая депрессия характеризуется набором симптомов, которые включают безнадежность, плохое настроение, чувство никчемности и неспособность испытывать удовольствие. Распространенность большой депрессии в течение жизни приближается к 20%, однако современные методы лечения часто неадекватны как из-за сопутствующих побочных эффектов, так и из-за того, что они неэффективны для многих людей. В фундаментальных исследованиях для изучения депрессии часто используются животные модели. Как правило, подопытных животных подвергают острому или хроническому стрессу, вызывающему различные симптомы, подобные депрессии. Несмотря на его клиническое значение, очень мало известно о клеточных и нервных цепях, которые опосредуют эти симптомы. Недавние достижения в подходах, нацеленных на схемы, предоставили новые возможности для изучения невропатологии расстройств настроения, таких как депрессия и тревога. Мы рассматриваем недавний прогресс и выделяем некоторые исследования, которые начали отслеживать схему функциональной нейронной цепи, которая может оказаться необходимой для разработки новых стратегий лечения расстройств настроения. Во-первых, мы проливаем свет на сложность реакции мезокортиколимбического дофамина (DA) на стресс, обсуждая два недавних исследования, в которых сообщается, что оптогенетическая активация DA-нейронов среднего мозга может индуцировать или обращать вспять поведение, связанное с депрессией. Во-вторых, мы описываем роль схемы латеральной петли в патофизиологии депрессии. Наконец, мы обсудим, как префронтальная кора контролирует лимбические и нейромодуляторные цепи при расстройствах настроения.

Феликс-Ортис, AC, Тай, км Входы миндалевидного тела в вентральный гиппокамп двунаправленно модулируют социальное поведение. (2014) Журнал неврологии. 34(2):586-95. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4257-13.2014

+ развернуть аннотацию

Нарушения социального взаимодействия представляют собой основной симптом ряда психических заболеваний, включая аутизм, шизофрению, депрессию и тревогу. Хотя миндалевидное тело уже давно связано с социальным взаимодействием, мало что известно о функциональной роли связей между миндалевидным телом и нижестоящими областями в неконкурентном социальном поведении. В настоящем исследовании мы использовали оптогенетические и фармакологические инструменты на мышах для изучения роли проекций базолатерального комплекса миндалины (BLA) в вентральный гиппокамп (vHPC) в двух тестах социального взаимодействия: резидент-ювенильный-нарушитель дома- клеточный тест и трехкамерный тест на общительность. Пирамидные нейроны BLA трансдуцировали с использованием аденоассоциированных вирусных векторов (AAV5), несущих либо канальный родопсин-2 (ChR2), либо галородопсин (NpHR) под контролем промотора CaMKIIα, чтобы обеспечить оптическое возбуждение или ингибирование окончаний аксонов миндалины. Оптические волокна постоянно имплантировали для избирательного манипулирования терминалами BLA в vHPC. NpHR-опосредованное ингибирование проекций BLA-vHPC значительно увеличивало социальное взаимодействие в тесте «жилой-несовершеннолетний злоумышленник в домашней клетке», о чем свидетельствует усиление исследования злоумышленника. Напротив, опосредованная ChR2 активация проекций BLA-vHPC значительно снижала социальное поведение, как показано в процедуре «резидент-несовершеннолетний нарушитель», что проявляется в уменьшении времени изучения злоумышленника, а в трехкамерном тесте на общительность - в уменьшении времени, проведенного в социальной зоне. Эти результаты показывают, что входы BLA в vHPC способны двунаправленно модулировать социальное поведение.

Феликс-Ортис, А.С., Байелер, А., Сео, К., Леппла, К.А., Уайлдс, К.П., Тай, км Входы BLA для vHPC модулируют поведение, связанное с тревогой. (2013) Neuron. 79(4):658-64. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.06.016

+ развернуть аннотацию

Базолатеральная миндалина (BLA) и вентральный гиппокамп (vHPC) оба вовлечены в опосредование поведения, связанного с тревогой, но функциональный вклад BLA в входы в vHPC никогда не исследовался напрямую. Здесь мы показываем, что активация синапсов BLA-vHPC резко и сильно увеличивает поведение, связанное с тревогой, в то время как ингибирование синапсов BLA-vHPC снижает поведение, связанное с тревогой. Мы объединили оптогенетические подходы с фармакологическими манипуляциями in vivo и записью патч-зажимов ex vivo для цельных клеток, чтобы проанализировать механизмы локальной цепи, продемонстрировав, что активация BLA-терминалов в vHPC обеспечивает моносинаптические глутаматергические входы в пирамидные нейроны vHPC. Кроме того, входы BLA оказывали полисинаптические, ингибирующие эффекты, опосредованные локальными интернейронами в vHPC, которые могут служить для локального баланса схемы. Эти данные устанавливают роль синапсов BLA-vHPC в двунаправленном контроле поведения, связанного с тревогой, немедленным, но обратимым образом, а также модель механизма локальной цепи входов BLA в vHPC.

Нье, Э.Х., Ким, С.Ю., Намбури, П., Тай, км Оптогенетическое рассечение нейронных цепей, лежащих в основе эмоциональной валентности и мотивированного поведения. (2013) Исследование мозга. 1511:73-92. DOI: 10.1016/j.brainres.2012.11.001

+ развернуть аннотацию

Нейронные цепи, лежащие в основе эмоциональной валентности и мотивированного поведения, находятся на расстоянии нескольких синапсов как от определенных сенсорных входов, так и от поддающихся количественной оценке моторных выходов. Электрофизиология предоставила нам подходящие средства для наблюдения за нейронной активностью во время поведения, но методы контроля активности с целью изучения мотивированного поведения оказались неадекватными: электрическая стимуляция не обладает клеточной специфичностью, а фармакологические манипуляции не имеют временного разрешения. Недавнее появление оптогенетических инструментов предоставляет новые средства для установления причинно-следственных связей между нейронной активностью и поведением. Оптогенетика, использование генетически кодируемых активируемых светом белков, позволяет модулировать определенные элементы нервной цепи с точностью до миллисекунды. Возможность контролировать отдельные типы клеток и даже проекции между дистальными областями позволяет нам исследовать функциональную связность причинно-следственным образом. Важнейшим следствием более точного контроля нейронной активности стала характеристика отдельных нейронных цепей в анатомических областях мозга как определенных функциональных единиц. В мезолимбической дофаминовой системе оптогенетика помогла выделить подмножества дофаминовых нейронов с различными функциями для обработки вознаграждения, отвращения и значимости, выяснить влияние нейронов ГАМК на поведение и охарактеризовать связь со структурами переднего мозга и коры. В стриатуме оптогенетика подтвердила противоположную взаимосвязь между средними шипиками (MSN) прямого и непрямого пути в дополнение к характеристике ингибирования MSN холинергическими интернейронами. В гипоталамусе оптогенетика помогла преодолеть гетерогенность типов нейронов и выявила различные цепи, опосредующие агрессию и питание. Внутри миндалевидного тела оптогенетика позволила изучить микросхемы внутри миндалины, а также взаимосвязи с дистальными областями, участвующими в страхе и тревоге. В этом обзоре мы представим совокупность оптогенетических исследований, которые значительно расширили наше понимание эмоциональной валентности и мотивированного поведения. Эта статья является частью специального выпуска под названием «Оптогенетика» (7-й BRES).

Ким, С.Ю., Адхикари, А., Ли, С.Ю., Маршел, Дж.Х., Ким, К.К., Мэллори, К.С., Ло, М., Пак, С., Мэттис, Дж., Лим, Б.К., Маленко, Р.С., Уорден, М.Р., Нив, Р., Тай, км, Дейссерот, К. Расходящиеся нервные пути составляют поведенческое состояние из отдельных признаков тревоги. (2013) Природа. 496 (7444): 219-23. DOI: 10.1038/nature12018

+ развернуть аннотацию

Поведенческие состояния у млекопитающих, такие как тревожное состояние, характеризуются несколькими особенностями, которые координировано регулируются различными выходными сигналами нервной системы, начиная от паттернов выбора поведения и заканчивая изменениями в физиологии (при тревоге, например, изменениями частоты дыхания и избегания риска). . Здесь мы исследуем, могут ли и каким образом определенные нейронные проекции, возникающие из одной координирующей области мозга у мышей, опосредовать различные черты тревоги. Объединив поведенческие анализы, электрофизиологию in vivo и in vitro, физиологию дыхания и оптогенетику, мы выявили удивительную новую роль ядра ложа терминальной полоски (BNST) в скоординированной модуляции различных признаков тревоги. Во-первых, неожиданно было обнаружено, что два субрегиона BNST оказывают противоположное влияние на тревожное состояние: овальная активность BNST способствует нескольким независимым признакам тревожного состояния, тогда как антеродорсальная активность, связанная с BNST, оказывает анксиолитическое влияние на те же признаки. Примечательно, что мы обнаружили, что три различных антеродорсальных эфферентных проекции BNST - к латеральному гипоталамусу, парабрахиальному ядру и вентральной области покрышки - каждая реализовывала независимую особенность анксиолиза: снижение избегания риска, снижение частоты дыхания и увеличение положительной валентности соответственно. Кроме того, селективное ингибирование соответствующих элементов цепи у свободно движущихся мышей показало противоположные поведенческие эффекты по сравнению с возбуждением, а записи in vivo во время свободного поведения показали нативные паттерны спайков в переднедорсальных нейронах BNST, которые различали безопасную и анксиогенную среду. Эти результаты демонстрируют, что отдельные субрегионы BNST оказывают противоположное влияние на модулирование тревоги, устанавливают отдельные анксиолитические роли для разных переднедорсальных проекций BNST и иллюстрируют механизмы цепи, лежащие в основе выбора признаков для сборки тревожного состояния.

Тай, км, Мирзабеков Дж.Дж., Уорден М.Р., Ференци Э.А., Цай Х.К., Финкельштейн Дж., Ким С.Ю., Адхикари А., Томпсон К.Р., Андалман А.С., Гунайдин Л.А., Виттен И.Б., Дейссерот К. . Дофаминовые нейроны модулируют нейронное кодирование и выражение поведения, связанного с депрессией. (2013) Природа. 493 (7433): 537-541. DOI: 10.1038/nature11740

+ развернуть аннотацию

Большая депрессия характеризуется разнообразными изнурительными симптомами, включая безнадежность и ангедонию. Дофаминовые нейроны, участвующие в вознаграждении и мотивации, входят в число многих нейронных популяций, которые, как предполагалось, имеют отношение к делу, и некоторые виды лечения антидепрессантами, включая лекарства и терапию стимуляции мозга, могут влиять на сложную дофаминовую систему. До сих пор не было возможности проверить эту гипотезу напрямую, даже на животных моделях, поскольку существующие терапевтические вмешательства не могут целенаправленно воздействовать на дофаминовые нейроны. Здесь мы непосредственно исследовали причинный вклад определенных дофаминовых нейронов в многомерные депрессивные фенотипы, вызванные хроническим легким стрессом, путем интеграции поведенческих, фармакологических, оптогенетических и электрофизиологических методов у свободно перемещающихся грызунов. Мы обнаружили, что двунаправленный контроль (торможение или возбуждение) определенных дофаминовых нейронов среднего мозга немедленно и двунаправленно модулирует (индуцирует или облегчает) множественные независимые симптомы депрессии, вызванные хроническим стрессом. Исследуя схему реализации этих эффектов, мы обнаружили, что оптогенетическое рекрутирование этих дофаминовых нейронов сильно изменяет нейронное кодирование поведения, связанного с депрессией, в нижестоящем прилежащем ядре свободно движущихся грызунов, предполагая, что процессы, влияющие на симптомы депрессии, могут включать изменения в нейронах. кодирование действия в лимбической цепи.

Уорден М.Р., Селимбейоглу А., Мирзабеков Дж.Дж., Ло М., Томпсон К.Р., Ким С.Ю., Адхикари А., Тай, км, Франк Л.М., Дайссерот К. Проекция нейронов префронтальной коры и ствола мозга, которая контролирует реакцию на поведенческий вызов. (2012) Природа. 492 (7429): 428-32. DOI: 10.1038/nature11617

+ развернуть аннотацию

Считается, что префронтальная кора (ПФК) участвует в высокоуровневом контроле формирования поведения (включая решение о выполнении действий); действительно, исследования визуализации и повреждений у людей показали, что дисфункция префронтальной коры может приводить либо к импульсивным состояниям с повышенной тенденцией к инициированию действия, либо к состояниям амотивации, характеризующимся такими симптомами, как снижение активности, безнадежность и депрессивное настроение. Принимая во внимание противоположную валентность этих двух фенотипов, а также большую сложность других задач, связанных с префронтальной корой, мы стремились объяснить схему префронтальной коры, которая способствует активным поведенческим реакциям на сложные ситуации. Здесь мы разрабатываем и используем количественный метод для непрерывной оценки и контроля активной реакции на поведенческий вызов, синхронизированный с однокомпонентной электрофизиологией и оптогенетикой у свободно движущихся крыс. Записывая медиальную префронтальную кору (мПФК), мы заметили, что многие нейроны не просто связаны с движением в своих паттернах возбуждения спайков, но вместо этого выборочно модулируются от момента к моменту в соответствии с решением животного действовать в сложной ситуации. Удивительно, но затем мы обнаружили, что прямая активация основных нейронов в mPFC не оказывала заметного причинного влияния на это поведение. Мы проверили, может ли это поведение быть причинно опосредовано только подклассом клеток mPFC, определяемым специфической нисходящей проводкой. Действительно, используя оптогенетическую проекцию, направленную на контрольные клетки со специфическими схемами эфферентной проводки, мы обнаружили, что избирательная активация этих клеток mPFC, проецирующихся на ядро дорсального шва ствола мозга (DRN), серотонинергическое ядро, вовлеченное в большое депрессивное расстройство, вызывает глубокое, быстрое и обратимое влияние на выбор активного поведенческого состояния. Эти результаты могут иметь важное значение для понимания нейронных схем, лежащих в основе нормальных и патологических паттернов выбора действия и мотивации поведения.

Тай, км Входы глутамата в прилежащее ядро: имеет ли значение источник? (2012) Neuron. 76(4):671-3. DOI: 10.1016/j.neuron.2012.11.008

+ развернуть аннотацию

Ламмель С., Лим Б.К., Ран С., Хуанг К.В., Бетли М.Дж., Тай, км, Дейссерот К., Маленко Р.С. Специфический для входа контроль вознаграждения и отвращения в вентральной области покрышки. (2012) Природа. 491 (7423): 212-7. DOI: 10.1038/nature11527

+ развернуть аннотацию

Дофаминовые нейроны вентральной области покрышки (VTA) играют важную роль в адаптивных и патологических функциях мозга, связанных с вознаграждением и мотивацией. Однако неизвестно, участвуют ли субпопуляции дофаминовых нейронов VTA в отдельных цепях, которые кодируют разные мотивационные сигнатуры, и модулируют ли входы в VTA по-разному такие цепи. Здесь мы показываем, что из-за различий в синаптических связях активация входов в VTA от латеродорсальной покрышки и латеральной габенулы вызывает вознаграждение и отвращение у мышей, соответственно. Нейроны латеродорсальной покрышки преимущественно образуют синапсы на дофаминовых нейронах, проецирующихся на латеральную оболочку прилежащего ядра, в то время как нейроны латеральной шляпки синапсируют преимущественно на дофаминовых нейронах, проецирующихся на медиальную префронтальную кору, а также на ГАМКергических (γ-аминомасляную кислоту-содержащих) нейронах в ростромедиальной части покрышки. ядро. Эти результаты показывают, что разные схемы VTA генерируют вознаграждение и отвращение, и тем самым обеспечивают новую основу для понимания схемы, лежащей в основе адаптивного и патологически мотивированного поведения.

Тай, км, Дейссерот, К. Оптогенетическое исследование нейронных цепей, лежащих в основе заболеваний головного мозга, на животных моделях. (2012) Обзоры природы Neuroscience. 13(4):251-66. DOI: 10.1038/nrn3171

+ развернуть аннотацию

Тан, К.Р., Ивон, К., Турио, М., Мирзабеков, Дж.Дж., Дёнер, Дж., Лабуэб, Г., Дейссерот, К., Тай, км, Люшер, К. ГАМК-нейроны ВОП вызывают условное отвращение к месту. (2012) Neuron. 73(6):1173-83. DOI: 10.1016/j.neuron.2012.02.015

+ развернуть аннотацию

Мэттис, Дж., Тай, км, Ференци, Э.А., Рамакришнан, К., О'Ши, Д.Дж., Пракаш, Р., Гунайдин, Л.А., Хюн, М., Фенно, Л.Е., Градинару, В., Ижар, О., Дейссерот, К. Принципы применения оптогенетических инструментов, полученных на основе прямого сравнительного анализа микробных опсинов. (2011) Природные методы. 9(2):159-72. DOI: 10.1038/nmeth.1808

+ развернуть аннотацию

Разнообразные оптогенетические инструменты позволили разносторонне контролировать нейронную активность. Многие деполяризующие и гиперполяризующие инструменты в настоящее время разработаны в нескольких лабораториях и протестированы на различных препаратах, что открывает новые возможности, но также затрудняет проведение прямых сравнений. Эта проблема усугубляется зависимостью производительности от таких параметров, как вектор, промотор, время экспрессии, освещение, тип клеток и многие другие переменные. В результате конечным пользователям становится все сложнее выбирать оптимальные реагенты для своих экспериментальных нужд. Для быстрорастущей области критические показатели качества должны быть формализованы как для создания основы для дальнейшего развития, так и для того, чтобы конечные пользователи могли легко понять, как эти стандартизированные параметры преобразуются в производительность. Здесь мы систематически сравнивали микробные опсины в соответствующих экспериментальных условиях, чтобы извлечь основные принципы и определить ключевые параметры для проведения, дизайна и интерпретации экспериментов с использованием оптогенетических методов.

Виттен И.Б., Стейнберг Э.Е., Ли С.Ю., Дэвидсон Т.Дж., Залокуски К.А., Бродский М., Ижар О., Чо С.Л., Гонг С., Рамакришнан С., Стубер Г.Д., Тай, км, Джанак, П.Х., Дайссерот, К. Линии крыс с рекомбиназным драйвером: инструменты, методы и оптогенетическое применение для подкрепления, опосредованного дофамином. (2011) Neuron. 72(5):721-33. DOI: 10.1016/j.neuron.2011.10.028

+ развернуть аннотацию

В настоящее время не существует общего подхода для достижения специфического оптогенетического контроля над генетически определенными типами клеток у крыс, которые обеспечивают мощную экспериментальную систему для многочисленных установленных нейрофизиологических и поведенческих парадигм. Чтобы преодолеть эту проблему, мы создали генетически ограниченные линии крыс с драйвером рекомбиназы, подходящие для управления экспрессией генов в определенных типах клеток, экспрессирующих рекомбиназу Cre под контролем больших геномных регуляторных областей (200-300 т.п.н.). Были получены линии множественной тирозингидроксилазы (Th)::Cre и холин-ацетилтрансферазы (Chat)::Cre, которые проявляли специфическую экспрессию опсина в целевых типах клеток. Мы дополнительно разработали методы использования оптогенетических инструментов у свободно движущихся крыс и использовали эти технологии для выяснения причинно-следственной связи между возбуждением дофаминовых (DA) нейронов и положительным подкреплением, наблюдая, что оптическая стимуляция DA-нейронов в вентральной области покрышки (VTA) Th: :Cre крысам достаточно для активной внутричерепной самостимуляции (ICSS). Эти исследования дополняют существующие подходы к нацеливанию, распространяя возможности оптогенетики на традиционно не поддающиеся генетическим воздействиям, но жизненно важные модели животных.

Стубер, Г.Д., Спарта, Д.Р., Стаматакис, А.М., ван Леувен, В.А., Харджопрайтно, Д.Э., Чо, С., Тай, км, Кемпаду К.А., Чжан Ф., Дайссерот К., Бончи А. Передача возбуждения от миндалевидного тела к прилежащему ядру способствует поиску вознаграждения. (2011) Природа. 475 (7356): 377-80. DOI: 10.1038/nature10194

+ развернуть аннотацию

Базолатеральная миндалина (БЛА) играет решающую роль в эмоциональном обучении независимо от валентности. Считается, что проекция BLA на прилежащее ядро (NAc) модулирует мотивированное поведение, запускаемое сигналом, но наше понимание взаимодействия между этими двумя областями мозга было ограничено неспособностью выборочно манипулировать элементами нейронной цепи этого пути во время поведение. Чтобы обойти это ограничение, мы использовали оптогенетическую стимуляцию или ингибирование глутаматергических волокон от BLA до NAc в естественных условиях в сочетании с внутричерепной фармакологией и электрофизиологией ex vivo. Здесь мы показываем, что оптическая стимуляция пути от BLA к NAc у мышей усиливает поведенческие реакции, чтобы получить дополнительную оптическую стимуляцию этих синаптических входов. Оптическая стимуляция этих глутаматергических волокон требует передачи сигналов внутри NAc дофаминового рецептора D1-типа, но не передачи сигналов рецептора D2-типа. Кратковременное оптическое ингибирование волокон от BLA до NAc снижало вызванное сигналом потребление сахарозы, демонстрируя важную роль этого специфического пути в контроле естественного поведения, связанного с вознаграждением. Более того, хотя оптическая стимуляция глутаматергических волокон от медиальной префронтальной коры до NAc также вызывала надежные возбуждающие синаптические ответы, оптическая самостимуляция не наблюдалась при активации этого пути. Эти данные показывают, что, хотя BLA важен для обработки как положительного, так и отрицательного аффекта, глутаматергический путь от BLA к NAc в сочетании с передачей сигналов дофамина в NAc способствует мотивированному поведенческому ответу. Таким образом, оптогенетические манипуляции с анатомически различными синапическими входами в NAc выявляют функционально отличные свойства этих входов в контроле поведения, связанного с поиском вознаграждения.

Берндт А., Шёненбергер П., Мэттис Дж., Тай, км, Дайссерот К., Хегеманн П., Ортнер Т.Г. Высокоэффективные канальные родопсины для быстрой стимуляции нейронов при низком уровне освещенности. (2011) Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108(18):7595-600. DOI: 10.1073/pnas.1017210108

+ развернуть аннотацию

Каналродопсин-2 (ChR2) стал незаменимым инструментом в неврологии, позволяя точно индуцировать потенциалы действия короткими световыми импульсами. Ограничивающим фактором для многих оптофизиологических экспериментов является относительно небольшой фототок, индуцируемый ChR2. Мы провели скрининг большого количества точечных мутантов ChR2 и обнаружили резкое увеличение амплитуды фототока после замены треонина на цистеин в положении 159. Когда мы тестировали мутант T159C в пирамидных нейронах гиппокампа, потенциалы действия могли индуцироваться при очень низкой интенсивности света. там, где доступные в настоящее время канальные родопсины не могли вызывать всплески. Биофизическая характеристика показала, что кинетика большинства вариантов ChR2 значительно замедляется при деполяризованных мембранных потенциалах. Мы показываем, что недавно опубликованная замена E123T отменяет эту чувствительность к напряжению и ускоряет кинетику канала. Когда мы объединили T159C с E123T, получившийся двойной мутант доставлял быстрые фототоки с большой амплитудой и повышал точность индукции одиночного потенциала действия в широком диапазоне частот, что позволяет предположить, что он может стать стандартом для активации нейронов, контролируемой светом.

Тай, км, Пракаш Р., Ким С.Ю., Фенно Л.Е., Гросеник Л., Зараби Х., Томпсон К.Р., Градинару В., Рамакришнан С., Дейссерот К. Схема миндалевидного тела, опосредующая обратимый и двунаправленный контроль тревоги. (2011) Природа. 471 (7338): 358-62. DOI: 10.1038/nature09820

+ развернуть аннотацию

Тревога — устойчивое состояние повышенных опасений при отсутствии непосредственной угрозы — становится серьезно изнурительной при болезненных состояниях. Тревожные расстройства представляют собой наиболее распространенные психические заболевания (распространенность в течение жизни 28%) и вносят вклад в этиологию большой депрессии и злоупотребления психоактивными веществами. Хотя было высказано предположение, что миндалевидное тело, область мозга, важная для обработки эмоций, играет роль в тревоге, нейронные механизмы, которые контролируют тревогу, остаются неясными. Здесь мы исследуем нейронные цепи, лежащие в основе поведения, связанного с тревогой, используя оптогенетику с двухфотонной микроскопией, тесты на тревогу у свободно движущихся мышей и электрофизиологию. Благодаря возможности оптогенетики контролировать не только типы клеток, но и специфические связи между клетками, мы обнаружили, что точная во времени оптогенетическая стимуляция терминалей базолатеральной миндалины (БЛА) в центральном ядре миндалины (ЦеА), достигаемая за счет вирусной трансдукции BLA с кодон-оптимизированным канальным родопсином с последующим ограниченным освещением в нижележащем сегменте CeA оказывает острый обратимый анксиолитический эффект. И наоборот, селективное оптогенетическое ингибирование той же проекции галородопсином третьего поколения (eNpHR3.0) усиливало поведение, связанное с тревогой. Важно отметить, что эти эффекты не наблюдались при прямом оптогенетическом контроле BLA somata, возможно, из-за рекрутирования нижестоящих антагонистических структур. Вместе эти результаты указывают на то, что специфические проекции BLA-CeA являются критическими элементами цепи для контроля острого беспокойства в мозге млекопитающих и демонстрируют важность оптогенетического нацеливания на определенные проекции, помимо простого нацеливания на типы клеток, в изучении функции цепи, имеющей отношение к нейропсихиатрическим заболеваниям.

Тай, км, Тай Л.Д., Коне Дж.Дж., Хеккельман Э.Ф., Джанак П.Х., Бончи А. Метилфенидат способствует пластичности миндалины, вызванной обучением. (2010) Природа Нейронаука. 13(4):475-81. DOI: 10.1038/nn.2506

+ развернуть аннотацию

Хотя метилфенидат (риталин) используется в терапевтических целях уже почти 60 лет, механизмы, с помощью которых он резко изменяет поведенческие характеристики, плохо изучены. Здесь мы объединили фармакологию интралатеральной миндалевидного тела in vivo и электрофизиологию ex vivo, чтобы показать, что однократное введение метилфенидата, а также селективного ингибитора транспортера дофамина, способствует индуцированному обучением усилению синапсов кортико-амигдалы за счет постсинаптического увеличения рецептор-опосредованного АМРА-рецептора. токов по сравнению с таковыми у крыс, получавших физиологический раствор. Кроме того, местное введение метилфенидата в латеральную миндалевидное тело усиливало обучение по сигналу-поощрению через механизмы, зависимые от дофаминового рецептора D1, и подавляло поведение, не связанное с задачей, через механизмы, зависящие от рецептора D2. Эти результаты показывают критическую и отчетливую роль подтипов дофаминовых рецепторов в опосредовании вызванных метилфенидатом улучшений нейронной передачи и способности к обучению.

Хопф, Ф.В., Бауэрс, М.С., Чанг, С.Дж., Чен, Б.Т., Мартин, М., Сейф, Т., Чо, С.Л., Тай, К., Бончи, А. Снижение активности SK-каналов прилежащего ядра усиливает поиск алкоголя во время воздержания. (2010) Neuron. 65(5):682-94. DOI: 10.1016/j.neuron.2010.02.015

+ развернуть аннотацию

Клеточные механизмы, лежащие в основе патологического поиска алкоголя, остаются малоизученными. Здесь мы показываем усиление основного потенциала действия ядра прилежащего ядра (NAcb), возбуждаемого ex vivo после длительного воздержания от алкоголя, но не самостоятельного приема сахарозы. Повышенное возбуждение связано с уменьшением токов кальций-активируемых калиевых каналов (SK) малой проводимости и снижением экспрессии белка субъединицы SK3, но не SK2. Кроме того, активация SK ex vivo вызывает большее подавление возбуждения в основных нейронах NAcb у крыс, воздерживающихся от алкоголя, по сравнению с крысами, воздерживающимися от сахарозы. Соответственно, активация SK в ядре NAcb значительно снижает потребление алкоголя, но не сахарозы после воздержания. Напротив, оболочка NAcb и возбуждение латерального дорсального полосатого тела ex vivo не изменяются после воздержания от алкоголя, и активация SK в этих регионах мало влияет на поиск алкоголя. Таким образом, снижение SK-токов ядра NAcb и повышенная возбудимость представляют собой критический механизм, который облегчает мотивацию к поиску алкоголя после воздержания.

Штубер, Г.Д., Хопф, ФВ, Тай, км, Чен, Б.Т., Бончи, А. Нейропластические изменения в лимбической системе после воздействия кокаина или алкоголя. (2010) Актуальные темы поведенческих нейронаук. 3:3-27. DOI: 10.1007/7854_2009_23

+ развернуть аннотацию

Нейропластические изменения в ЦНС считаются фундаментальным компонентом обучения и памяти. В то время как новаторские исследования гиппокампа и мозжечка детализировали многие из основных механизмов, которые могут привести к изменениям в синаптической передаче на основе предыдущей активности, только совсем недавно синаптическую пластичность стали отслеживать после поведенческих манипуляций или воздействия лекарств. В этой главе мы рассмотрим доказательства того, что наркотики являются мощными модуляторами синаптической пластичности. Как дофаминергические нейроны вентральной области покрышки, так и средние шипиковые нейроны в прилежащем ядре демонстрируют повышенную возбуждающую синаптическую силу после пассивного или активного воздействия наркотиков, таких как кокаин и алкоголь. В VTA как усиление возбуждающей синаптической силы, так и приобретение поведения, связанного с лекарственным средством, зависят от передачи сигналов через рецепторы N-метил-D:-аспартата (NMDAR), которые, как механистически считается, приводят к усилению синаптической вставки α-амино. Рецепторы -3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (AMPAR). Синаптическая вставка AMPAR наркотиками, вызывающими злоупотребление, может быть длительной, в зависимости от пути введения, количества воздействий наркотиков или от того, принимаются ли наркотики пассивно или самостоятельно.

Тай, км, Конус, JJ, Шайрер, WW, Джанак, PH Нейронное кодирование миндалевидным телом отсутствия вознаграждения во время угасания. (2010) Журнал неврологии. 30(1):116-25. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4240-09.2010

+ развернуть аннотацию

Базолатеральный комплекс миндалевидного тела (БЛА) был идентифицирован как критическая структура, опосредующая угасание страха. Однако мало что известно о функциональной роли нейронов в BLA во время угасания поведения, связанного с поиском награды. Здесь мы использовали процедуры электрофизиологии in vivo у свободно движущихся крыс, чтобы выяснить, кодирует ли BLA угасание реакции на сахарозу и каким образом. Мы записали 330 нейронов у 15 крыс во время внутрисеансовой процедуры угасания после обучения по графику частичного подкрепления. Несколько отдельных популяций нейронов изменяют свои профили реакции, когда крыса перестает реагировать на пропущенное подкрепление. Одна популяция нейронов (32 из 330; 10%), которые избирательно реагировали на входы в порты в присутствии, но не в отсутствие сахарозы во время поддержания, впоследствии развила фазный ответ на входы в порты в отсутствие сахарозы в эпоху угасания. только. Относительная доля этих нейронов «подкрепления-опущения» на крысу коррелировала с интенсивностью реакции во время угашения, а также со скоростью, с которой подавлялось поведение поиска награды. Субпопуляция нейронов реагировала противоположными фазовыми изменениями активности на входы в порты в присутствии сахарозы и на входы в порты во время угасания, демонстрируя, что нейроны BLA могут способствовать обнаружению различий в значениях между ожидаемыми и фактическими результатами. Другая популяция нейронов (47 из 330; 14%) реагировала на пустой порт только во время угасания. Поскольку нейронные корреляты BLA отражают отсутствие ожидаемого вознаграждения, эти популяции нейронов могут способствовать выражению поведения во время угасания.

Тай, км, Штубер Г.Д., де Риддер Б., Бончи А., Джанак П.Х. Быстрое усиление синапсов таламо-амигдалы опосредует обучение по сигналу-вознаграждению. (2008) Природа. 453 (7199): 1253-7. DOI: 10.1038/nature06963

+ развернуть аннотацию

Какие нейронные изменения лежат в основе индивидуальных различий в целенаправленном обучении? Боковая миндалина (LA) важна для придания эмоционального и мотивационного значения дискретным сигналам окружающей среды, включая те, которые сигнализируют о полезных событиях. Признание того, что сигнал предсказывает награду, повышает способность животного получить эту награду; однако клеточные и синаптические механизмы, лежащие в основе обучения по сигналу и вознаграждению, неясны. Здесь мы показываем, что заметные изменения как в возбуждении нейронов, вызванном сигналом, так и в синаптической силе, специфичной для ввода, происходят при успешном приобретении ассоциации сигнал-вознаграждение в течение одной тренировочной сессии. Мы провели как in vivo, так и ex vivo электрофизиологические записи в ЛП крыс, обученных самостоятельному введению сахарозы. Мы заметили, что успех обучения с вознаграждением увеличивался пропорционально количеству нейронов миндалевидного тела, которые фазно реагировали на сигнал, предсказывающий вознаграждение. Кроме того, обучение по сигналу-поощрению индуцировало опосредованное рецептором AMPA (альфа-амино-3-гидрокси-5-метилизоксазолпропионовая кислота) увеличение силы таламических, но не кортикальных синапсов в левом предсердии, которое проявлялось сразу после первое тренировочное занятие. Уровень обучения, достигнутый отдельными субъектами, сильно коррелировал со степенью усиления синаптической силы. Важно отметить, что блокада рецепторов NMDA (N-метил-d-аспартата) внутри LA нарушала эффективность обучения с вознаграждением и ослабляла связанное с этим увеличение синаптической силы. Эти результаты свидетельствуют о связи между синаптической пластичностью ЛП и обучением по сигналу-вознаграждению, что потенциально представляет собой ключевой механизм, лежащий в основе целенаправленного поведения.

Тай, км, Джанак, Пенсильвания Нейроны миндалевидного тела по-разному кодируют мотивацию и подкрепление. (2007) Журнал неврологии. 27(15):3937-45. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5281-06.2007

+ развернуть аннотацию

Исследования поражений показывают, что базолатеральный комплекс миндалевидного тела (БЛА) важен для придания мотивационного значения сенсорным стимулам, но мало что известно о том, как эта информация кодируется. Мы использовали процедуры электрофизиологии in vivo, чтобы исследовать, как миндалевидное тело кодирует мотивирующие и подкрепляющие свойства сигналов, которые вызывают восстановление поведения, связанного с поиском вознаграждения. Две группы крыс были обучены реагировать на сахарозу. «Парная» группа обучалась с сигналом, предсказывающим вознаграждение, тогда как «непарная» группа обучалась со случайно представленным сигналом. Обе группы прошли идентичные процедуры ликвидации и восстановления, в ходе которых вознаграждение было удержано. Доля нейронов, которые реагировали на фазовые сигналы во время восстановления, была значительно выше в парной группе (46 из 100), чем в непарной группе (8 из 112). Сигналы, которые вызывают поведение, направленное на поиск вознаграждения, могут действовать как стимулы или подкрепления. Отдельные популяции нейронов реагировали на сигнал в испытаниях, в которых сигнал действовал как стимул, вызывая мотивированное состояние поиска награды, или как подкрепление, поддерживающее продолжительное инструментальное реагирование. Популяция нейронов, кодирующих стимулы и мотивацию (34 из 46 нейронов, реагирующих на сигналы; 74%), угасла во временном согласии со снижением скорости инструментальных ответов. Популяция нейронов, кодирующих условное подкрепление (12 из 46 нейронов, реагирующих на сигнал; 26%), сохраняла свой ответ на протяжении инструментального ответа, подкрепленного сигналом. Эти данные показывают, что отдельные популяции реагирующих на сигнал нейронов в BLA кодируют мотивирующие или подкрепляющие свойства сигнала, ранее связанные с вознаграждением.

Кэй Тай, доктор философии

Институт биологических исследований Солка - Публикации

все публикации

Поддержите исследования Солка

Образование

Принадлежность

Награды и награды

Профиль

Особенности

Вебсайт

Контакты