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Inscopix科研快讯-小鼠镜像神经元-它们存在吗?

几年前,我们开始了一次在小鼠身上寻找镜像神经元的旅程,也就是当一只动物做某种动作时,当它观察到另一只动物也在做同样的事情时,这些神经元会激发。我们的出发点是过去30年在非人类灵长类动物身上所做的开创性工作。这些神经元最初被发现在猕猴的腹侧运动前皮层,后来也在顶叶下小叶的吻部和其他结构中被发现。这些区域不仅是相互联系的,而且还被大脑中类似的输入所支配。由于对这些领域的编码特性进行了事先的探索,这些领域的镜像表示主要是在到达和掌握的行为语境中进行研究的。

因此,我们的大脑中有神经元似乎有相似的反应,比如,当我们抓住一片水果送到嘴里,当我们观察我们的朋友做同样的动作时,我们的大脑神经元的反应似乎会做出类似的反应。这是否揭示了神经系统和/或社会认知的基本功能?有些人倾向于认为,所描述的机制在生理上可能是移情等复杂现象的基础,但也有一些人刻意批评这种观点。此外,人们可能会想知道镜像系统是如何发展的,它的生物学特征是什么。由于灵长类研究的固有困难,很少有对镜像神经环路的研究。我们的目标是通过研究啮齿动物的好奇心来抵消这一点,啮齿类动物拥有必备的皮层网络,并能接受各种复杂的技术。

我们使用Inscopix自由活动显微钙成像技术在小鼠的顶叶和次级运动皮层中观察单个神经元的活动,让小鼠反复执行一种获得颗粒的任务,并其它小鼠在固定头部时观察这些相同的事情(看看下面的动画,看看这个究竟是什么样子)。

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我们用不同的方法评估了神经元的调谐特性。动物在这两种情况下的行为被仔细和广泛地量化。这些详细分析揭示了行动执行编码行动观察编码之间潜在的重要差异(见下图:左)。即使在种神经元群体层面,当动物自由地执行这些动作时,与它们头部固定并观察其他小鼠时相比,这种活动在超空间中会聚集得更好(见下图:右)。因此,在这个实验中,我们未能证明啮齿动物联合皮层中镜像神经元的存在。


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图2:左,所有对行为开始反应和颜色较浅的抓取调谐神经元的活动代表更高的活动;右,在一种动物的6个记录过程中,将种群活动的2D嵌入,行为被颜色编码,图像描述了动物在那个特定的时间点上所做的事情。


当然,负面的结果可能会有不同的解释,这让我们反思了我们工作的局限性。其中一些限制从一开始就很明显,有些在审查过程中变得更加明显(因此,我们感谢我们的审查者和编辑的评论)。为了简化起见,我只想详细说明两个主要问题。

根据我们对小鼠视觉系统的了解,怎么知道小鼠能看得足够清楚呢?这是一个公平的观点,我们试图通过显示小鼠对这些距离(<15厘米)的视觉线索做出反应(无论是在神经上还是行为上,见下图),并通过跟踪它们的瞳孔并在我们的分析中考虑到这个协变量来解决这个问题。同样值得指出的是,研究鼠标视觉系统的方向发生了很大的转变,最终目的是了解视觉一般是如何工作的。这有它的警告,但也有它的优势。

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图3:顶叶神经元的活动是由头部固定动物前面的物体视觉驱动的。

为什么不研究更多与抓取相关的行为,这在小鼠的社会生活中可能并不重要?这是另一个精明的观点,应该在今后类似的实验之前加以考虑。我们考虑到了动物在颗粒获取任务中的所有行为,而不仅仅是抓食物。我们的方法无疑是受到早期灵长类研究的推动,我们想要在研究的大脑区域和跨物种的行为之间进行比较,但这可能不是最好的策略。老鼠对社会刺激的评价与灵长类动物不同,因此一套完全不同的行为,比如那些与母性本能有关的行为,可能更适合于我们的探索目的。

最后,我们要一个老生常谈的真理:没有证据不应被误认为是缺席的证据。在新的发现出现之前,我们可以优雅地持观望态度。



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