2013年10月22日 报告

信号和噪声:嗅觉系统中的峰值相关性

(Medical Xpress)-嗅觉系统在研究神经编码的许多人中特别喜欢。这样做的一个原因是,至少从理论上讲,将一种单一的气味剂呈现给本来没有特征的气味景象,为嗅觉前端进行编码提供了理想且无量纲的事件。有充分的证据表明,在嗅球内,气味是由活动的空间模式表示的。也有证据表明,单个细胞通过峰值时间,模式及其相对于呼吸循环的阶段捕获了气味。不出所料,对于每种情况,也有很多相反的建议。卡内基·梅隆大学的研究人员所做的一项新研究报告说,气味的身份直接影响灯泡输出单元尖峰的相关性或关联点火。在他们最近发表的论文中 PNAS,他们表明,这种相关性主要来自嗅探本身的行为,而灯泡中的局部电路连接(在几个泡孔直径之内)也起着重要的作用,而气味本身仅占相关性的一小部分。

输出 在这里,研究的二尖瓣和簇状细胞(MT细胞)将其轴突发送到大脑的各个较高中心,但最终是嗅觉皮层。与通常具有较低自发率的皮层细胞相比,即使在没有加味剂的情况下,M / T细胞似乎也可以以一定的规律性发射。真正开启M / T细胞的是呼吸。已显示不同的MT人群偏爱呼吸周期的不同阶段,但个人喜好仍会因一角钱而改变。几十年前,研究人员进行了各种操作,包括切开神经束,阻塞鼻孔,气管切开术,并直接向上皮细胞上味剂,以揭示呼吸控制的起源。他们发现外围气流的影响是主要的驱动因素,但是可以说,从上方也有一些影响,大概是通过呼吸中心输出的相似拷贝。还发现存在一种内在效应,其中灯泡实际上会根据其大小和连通性在各种预先调好的基本或泛音下“响”。

其他研究集中在更细粒度的MT细胞相关性起源上,例如,细胞内的固有通道动力学或间隙连接蛋白在密谋细胞的顶端树突上的定位。一项研究表明,电孔形成蛋白(连接蛋白36)对于维持MT活性的相关性至关重要。为了更好地处理这些不同类型的相关性,我向作者内森·厄本(Nathan Urban)询问了射击率与研究中发现的灵感之间的关系。他提到这没有被明确地探究,但是影响可能来自呼吸过程中感觉神经元的周期性激活。在试图过于精确地将精确机制归因于有时不精确甚至微弱的相关性之前,我们可能会退后一会儿询问无知的幸福,是否有可能仅仅通过查看峰值就可以肯定地对代码和气味说出任何话嗅觉训练?

与其说是有线电话网络,不如说是硬电话网络,可以立即用数字代码指定和连接信道,然后再用于传输其他代码。在开发过程中,嗅觉网络中存在大量的过度生长和修剪,并且正在进行一些细胞更换,但是一旦被蚀刻,其许多较大的功能将保持稳定。网络的前端受体细胞仅表达一种传感器,但是该传感器可能对几种不同的气味产生响应。不仅如此,每种气味剂都可能激活多种受体。这里的复杂之处在于,我们真的不了解这些功能的全部功能 他们正在感知,并且 他们感觉如何。这使得理解要编码的内容成为一个挑战。

嗅觉系统发展过程中发生的是一种自发出现的标线网络,它由大约一千个离散突触肾小球组成。由于这些肾小球自我组织,它们仅接受来自具有相同气味传感器的受体细胞的投射。因此,可以说是肾小球是系统的真正检测器,从本质上将“气味空间”转换为“检测器空间”。尽管通常没有明确的迹象表明鼻腔通道或上皮细胞发生任何明显的气味分类,或者对于视网膜而言,任何明显的形貌都很明显。 ,这些可能性不应完全消除。

发育中的灯泡中电路重塑的关键特征是,像其他感觉一样,它是建立在神经元尖峰活动的基础上的。一旦电路稳定下来,神经元显然不仅会关闭,反而会继续将同步的尖峰抽出到整个轴突树及其他区域。对于神经代码而言,这里的关键在于,即使在发育的关键时期表达的许多蛋白质同工型都停止使用,也不能认为尖峰完全独立于其对电路结构和音调的直接影响。也不能 静态刺激空间 被认为对探测器单元是中性的。

作者发现显着相关的时间范围在10到100毫秒之间。他们指出,当系统中的噪声相关时, 可以减少噪声,因为噪声不会平均。他们提到了噪声相关性水平与种群大小相匹配的可能性,并提出与特定肾小球相关联的MT细胞数量(在脊椎动物中约为25个)代表了一个最佳水平,在此之上,信息传递将开始饱和。

将嗅觉系统看作是一个主要警告。 通讯与信号 调节网络,即所谓的信道噪声,即使没有信号也可以测量,但实际上并非如此。发育中的神经嗡嗡声通过呼吸的羊水过渡到空气,没有任何障碍,同时不断更新大脑的状态和状态,不仅是周围传感器的状态,而且还包括中央更广泛的激活系统的状态。我们为灯泡定义的任何代码都应考虑以下事实:在感知水平上,虽然可以感知到烟雾或甲烷的令人震惊的气味,但对于我们来说,对于鼻子来说,可能只是少数原子切换了其更大的受体状态病情和健康需要在无数其他活动中进行滚动报告。因此,任何信息都无法像摩尔斯电码清晰的点和点一样脱颖而出,而必须在海浪中冲浪,而每一波浪都被认为具有潜在的意义。



更多信息: 哺乳动物嗅球中相关尖峰的起源, PNAS,印刷前在线发布,2013年9月30日, DOI:10.1073 / pnas.1303830110

抽象
主嗅球的二尖瓣/簇状(M / T)细胞将气味信息传递到较高的大脑结构。已经提出了跨M / T细胞的动作电位的相对时间来对该信息进行编码,并且对于下游神经元的激活至关重要。使用小鼠嗅球体内的整体录音,我们测量了刺激(气味)特性,常见呼吸驱动和其他细胞活动如何塑造细胞之间的相关性。共享呼吸周期是相关点火的最大来源,但是即使考虑了所有可观察因素,仍观察到残留的正噪声相关性。噪声相关性在约100毫秒的时间范围内最大,并且仅在被 <200 µm. This correlation is explained primarily by common activity in groups of nearby 细胞. Thus, M/T-cell correlation principally reflects respiratory modulation 和 sparse, local network connectivity, with odor identity accounting for a minor component.

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引文: 信号与噪声:嗅觉系统中的峰值相关性(2013年10月22日) 2020年10月24日检索 from //xasqxhb.com/news/2013-10-noise-spike-olfactory.html
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