
「领域快报」是AiBrain筹备的特别栏目,是由海内外知名高校的一线青年科研工作者(博士后、PI)精选的领域科研动态,旨在为学科融合、交叉合作提供平台和机遇。
作者:Suju 复旦大学博士后
「领域快报」胶质细胞
nature neuroscience
星型胶质细胞也有“大的情绪波动”!

影响因子:24.884
发表时间:2022.04.28
星形胶质细胞能回收胞外空间的谷氨酸和钾离子,以控制神经网络兴奋性,但具体的控制机制并不清楚。这份研究利用共聚焦显微镜进行电压成像,发现星型胶质细胞分支(指胞体和主干分支之外的小分支)上的膜电位随神经元激活而发生较大幅度的快速局部去极化。为了探究神经活动引起星型胶质细胞膜电位快速去极化的分子机制,作者利用药理学和过表达方法,发现因神经元激活而引发的胞外K+浓度增加,会引起星形胶质细胞分支膜电位局部去极化,去极化进而抑制了谷氨酸转运体功能,胞外谷氨酸清除变慢将使增强神经元上的NMDA受体激活效应。

Astrocyte GEVI shows microdomain depolarizations.
★

Chris Dulla Lab
Graduate School of Biomedical Sciences, Tufts University
该课题组的研究聚焦于脑细胞的交流机制(主要是谷氨酸的作用),以及神经活动交流障碍与疾病(如癫痫)发生之间的关系。
据以往论文记录,研究方向可归结为:侧重于关注谷氨酸在神经活动中的作用,致力于研究胶质细胞与神经元交互的作用机制,深耕癫痫病理机制。
https://gsbs.tufts.edu/facultyResearch/faculty/dulla-chris/research
★
评语:
亮点:该研究用电压荧光成像方法探究神经元活动时星形胶质细胞分支的膜电位变化,提供了检测胶质细胞膜电位和分析其响应特性的新方法,提出了理解胶质-神经元交流机制的新方式——神经元可能通过释放钾离子改变星形胶质细胞的电活动,进而控制神经递质。这些结果有助于重新思考大脑如何维持兴奋抑制平衡,也有利于更新大家对这种平衡失控时(如癫痫)的可能机制的认识。
关键词:
peripheral astrocyte processes (PAPs); K+ efflux; glutamate clearance
文章链接DOI:
https://www.nature.com/articles/s41593-022-01049-x?msclkid=930ddd11cfb311ecb20aca7ddf2af723
Abstract
Astrocytes are glial cells that interact with neuronal synapses via their distal processes, where they remove glutamate and potassium (K+) from the extracellular space following neuronal activity. Astrocyte clearance of both glutamate and K+ is voltage dependent, but astrocyte membrane potential (Vm) is thought to be largely invariant. As a result, these voltage dependencies have not been considered relevant to astrocyte function. Using genetically encoded voltage indicators to enable the measurement of Vm at peripheral astrocyte processes (PAPs) in mice, we report large, rapid, focal and pathway-specific depolarizations in PAPs during neuronal activity. These activity-dependent astrocyte depolarizations are driven by action potential-mediated presynaptic K+ efflux and electrogenic glutamate transporters. We find that PAP depolarization inhibits astrocyte glutamate clearance during neuronal activity, enhancing neuronal activation by glutamate. This represents a novel class of subcellular astrocyte membrane dynamics and a new form of astrocyte–neuron interaction.
Neuron
全身麻醉时皮层神经元并不完全沉默!

影响因子:15.33
发表时间:2022.4.21
不同的麻醉方式对于皮层神经活动的影响已经有很多研究,但特定类型细胞如何响应/介导意识状态的切换还未明确。Botond Roska研究组利用双光子成像、宽场成像以及全细胞膜片钳等方法在体检测麻醉状态下视觉皮层1~6层兴奋性神经元和抑制性神经元各自的钙活动变化情况。研究结果显示,三种起效机理不一的药物所引起的麻醉情况中,只有第5层锥体神经元群体的自发活动同步化程度出现了一致的增强。而且其基树突与胞体的自发钙活动的同步性变化是同时的(研究基本架构如下图)。

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Neurons in cortical layers 1, 2/3, 4, and 6 and cortical inhibitory neurons do not show higher neuronal synchrony across all anesthetics
★

Botond Roska Lab
Central Visual Circuits & Human Retinal Circuit Groups, Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology Basel (IOB), Switzerland
该研究组主要关注视觉环路的结构、功能解析和视力修复手段的开发。近年来相关研究工作发表于Nature Medicine(2021)、Cell(2020)、Science(2020)等。
https://iob.ch/research/molecular-research-center/group-botond-roska/
★
评语:
亮点:本文利用在体双光子钙成像和膜片钳记录技术,实现了对初级视觉皮层中1至6层的兴奋性和抑制性神经元自发活动的记录,较全面系统地描述了全局麻醉状态与清醒状态下皮层各层不同类型神经元的自发活动时空同步化特征的差异。以往观点认为麻醉状态下皮层活动降低,与大脑其他区域之间是暂时失联的。而本文结果提示,清醒切换到全局麻醉时,皮层可能是从空间非同步化模式(该模式可以编码大量信息,类似于人们在球赛前各自交谈)切换到了高度活跃的空间同步化输出模式(此模式信息含量低,类似于人们在球赛中一起呐喊)。简言之,皮层以增强第5层的锥体神经元同步信号输出的形式编码了麻醉—清醒状态切换的指令。本研究提出了新的脑状态切换编码模式的观点。
局限性:本文观察到的L5兴奋性神经元的同步化活动的输入来源并未明确,与皮层下的联系仍需进一步探究。
关键词:
Anesthetics; layer 5 pyramidal neurons; synchrony
文章链接 :
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)00303-8?rss=yes
Abstract
General anesthetics induce loss of consciousness, a global change in behavior. However, a corresponding global change in activity in the context of defined cortical cell types has not been identified. Here, we show that spontaneous activity of mouse layer 5 pyramidal neurons, but of no other cortical cell type, becomes consistently synchronized in vivo by different general anesthetics. This heightened neuronal synchrony is aperiodic, present across large distances, and absent in cortical neurons presynaptic to layer 5 pyramidal neurons. During the transition to and from anesthesia, changes in synchrony in layer 5 coincide with the loss and recovery of consciousness. Activity within both apical and basal dendrites is synchronous, but only basal dendrites’ activity is temporally locked to somatic activity. Given that layer 5 is a major cortical output, our results suggest that brain-wide synchrony in layer 5 pyramidal neurons may contribute to the loss of consciousness during general anesthesia.
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