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脑院禹永春课题组发现先驱中间神经元在大脑皮层神经网络发育中的重要作用

        近日,复旦大学脑科学研究院、医学神经生物学国家重点实验室研究员禹永春课题组揭示了先驱中间神经元在大脑皮层发育早期神经元同步化放电和神经环路建立中的关键作用。5月24日,研究成果以“Early-Generated Interneurons Regulate Neuronal Circuit Formation during Early Postnatal Development”为题在线发表在eLife杂志。
        大脑皮层是极为复杂的系统,包含100亿个左右的神经元,神经元之间形成错综复杂的神经网络,负责处理和执行各种脑高级功能(如学习、记忆等)。然而,神经元是如何逐步装配成一个功能性网络?大脑皮层神经网络形成有什么特点?这些问题是目前脑科学所面临的重要科学问题。受启发于其它复杂网络的建立(如星际网络、人际网络等)及计算神经科学目前所取得的成果,禹永春及其团队成员推测大脑皮层神经网络的建立符合“无尺度”特性(Scale-free),即大脑皮层网络在发育过程存在“枢纽神经元”(Hub neuron),并且这些枢纽神经元在大脑皮层神经网络建立中起到了至关重要的作用。同时,推测大脑皮层中最先迁移至脑皮层并成熟的先驱中间神经元最有可能成为枢纽神经元。
        为了证实这些假设,研究团队利用Dlx1/2-CreER转基因小鼠在体标记了先驱中间神经元(Early-generated interneurons, EGIns),并且系统研究了先驱中间神经元电生理、形态学以及分子表达特性,发现先驱中间神经元是倾向表达SST类中间神经元。并且相对于晚期产生中间神经元,发现先驱中间神经元与更多的兴奋性神经元(Pyramidal cells, PCs)形成突触联系。令人吃惊的是,在发育早期刺激单个先驱中间神经元可以影响整个大脑皮层同步化网络放电活动(Giant depolarizing potentials, GDPs)。进一步,选择性“杀死”先驱中间神经元可显著影响皮层同步化网络放电活动以及兴奋性神经元抑制性突触输入。本项研究阐明了大脑皮层神经网络建立的无尺度特性,对理解大脑皮层神经网络发育具有重要意义。
        复旦大学脑科学研究院博士生王长政为该论文第一作者,禹永春和傅颖慧为论文的通讯作者。该项目受到了国家自然科学基金委重大研究计划项目和杰青项目以及上海市科研创新计划重大项目资助。

图:在大脑皮层发育过程中,先驱中间神经元(EGIns)与大量兴奋性神经元(PCs)形成突触联系,影响大脑皮层同步化网络放电活动(GDPs),进而调控晚期产生中间神经(LGIns)至兴奋性神经元的抑制性输入。

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