Vědci demontují „biologické hodiny“, které regulují přesné načasování složitého dravce

Tým vědců z Penn State University a New York University rozebral „biologické hodiny“ důležité v mozku zebří pěnkavy a zjistil, že „dráty“ mezi neurony, nazývané axony, hrají rozhodující roli v přesném načasování ptačího namlouvání. Báseň. Uznání: Christopher Hamster-Dominguez

Přesné načasování složité ptačí písně je podle nové studie zčásti poháněno „dráty“, které jsou mezi neurony v ptačím mozku často ignorovány. Tým vědců z Penn State a Newyorská univerzita Demontujte důležité „biologické hodiny“, které regulují ptačí písně a další chování, což vede k novým způsobům uvažování o funkci neuronové sítě.

„Mnoho složitých a naučených chování, jako je golfový míček nebo hra na housle, vyžaduje neuvěřitelně přesné načasování na úrovni střelby nervy,“ uvedl Deja Jin, docent fyziky v Penn State a autor článku. “Ale jak mozek plynule reguluje naše svaly tak přesně zůstává nejasný. V této studii jsme vytvořili model založený na letech experimentálních pozorování, které zjistily, že zpoždění v neuronových obvodech hrají rozhodující roli v jejich načasování střelby. Poté jsme lokalizovali zdroj zpoždění vodičů,” řekl. Nebo axony, které spojují neurony. “

V článku publikovaném 15. října 2020 v časopise buňkaJin a kolegové se týkají načasování chování pomocí Pink Zebra, malého australského zpěváka schopného naučit se námluvnou píseň s dovedností hlavního nástroje. Aby bylo možné tento hlasový projev povolit, mají pěnkavy v mozku vyhrazené „hodiny“ – zvané HVC -, které regulují načasování písně. V HVC skupiny neuronů střílejí v očekávané sekvenci odpovídající výkonu písně.

„HVC je často považováno za hodinky, protože ovládá velmi komplikovaný pohyb – píseň – kde je přesné načasování tak kritické,“ řekl Robert Egger, postdoktorand na New York School of Medicine a hlavní autor této studie. „Použili jsme pokročilé metody k měření současné aktivity až 70 neuronů v HVC během zpěvu. V minulosti jsme museli měřit každý neuron jeden po druhém a sladit jejich aktivitu se skladbou.“

Aby prozkoumali, jak může být kruh tak přesný, vyvinuli Gene a postgraduální student Eugene Topikov řadu rozsáhlých výpočetních modelů, které popisují neurální kruh. V jednom případě shluk neuronů současně střílí to, co spouští další shluk neuronů střílejících současně, což spouští další shluk, jako když padá domino, což vědci nazývají sinfire chain. V alternativním modelu umožňují drátová zpoždění neurony střílet v mírně odlišných dobách. Výsledkem jsou přesnější hodinky.

„Dříve jsme si mysleli, že každá sada neuronů střílí společně jako samostatný a odlišný klíště z druhé ruky,“ řekl Michael Long, docent neurovědy a fyziologie na New York School of Medicine a autor odpovídající práce. „Ale to, co ve skutečnosti vidíme, je spíše to, že se vteřina pohybuje plynule a nepřetržitě. Rozprostření zpoždění mezi dráty umožňuje vyšší rozlišení, protože ty kontrolní body nedostanete.“

Tým našel širokou škálu oběhových zpoždění, což znamená, že některé signály se dostávají do neuronů velmi rychle a některým trvá mnohem déle.

“Věděli jsme, že zpoždění v nervových obvodech jsou důležitá na dlouhé vzdálenosti, ale v místních obvodech byla považována za zanedbatelná, a proto byla často ignorována,” řekla Jean, která vedla úsilí o modelování. „Tyto výsledky naznačují, že axony hrají rozhodující roli v načasování neurálních obvodů a měly by být začleněny do budoucích modelů.“

Aby zjistili, zda mohou axonální zpoždění hrát roli v jiných mozkových sítích, vědci vyhodnotili zpoždění v oblasti v mozku hlodavců, která se používala k vnímání jejich okolí při pohybu knírku.

“Naše výsledky byly v souladu se zpožděními, které jsme viděli u pěvec, což naznačuje, že axonální zpoždění může hrát důležitou roli při formování nervové aktivity v různých složitých chování,” řekl Gene. „Musíme zapracovat zpoždění v axonu v tom, jak přemýšlíme o mozku a jak funguje.“

Odkaz: „Local Exxonal Conduction Shapes the Spatial Properties of Neural Sequences“ Robert Egger, Yavan Topikov, Margot Elmaleh, Kalman A. Katlowitz, Sam A. Benzera, Michelle A. Picardo, Felix Mol, Jürgen Kornfeld, Deja G. Jin a Jin. Michael A. Long, 15. října 2020, buňka.
DOI: 10.1016 / j.cell.2020.09.019

Výzkumný tým zahrnuje také Margot Elmaleh, Kalman Katlowitz, Sam Benzera, Michel Picardo a Felix Mol v New Yorku; A Jürgen Kornfeld z Neurobiologického ústavu Maxe Plancka. Tuto práci podpořila Deutsche Forschungsgemeinschaft (Německá výzkumná nadace), Národní instituty zdraví, Národní vědecká nadace a Simmonsova nadace.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.