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.2009年6月4日；459(7247):663-7.
doi:10.1038/nature08002。 Epub 2009年4月26日。

驱动快速尖峰细胞诱导伽玛节律并控制感官反应

杰西卡·卡丹 1, 玛丽·卡伦, 康斯坦蒂诺斯·梅莱斯, Ulf Knoblich公司, 张峰（音）, 卡尔·戴瑟罗, 蔡立慧, 克里斯托弗·摩尔
附属公司

驱动快速尖峰细胞诱导伽玛节律并控制感官反应

杰西卡·卡丹等。 自然. .

摘要

大脑皮层的伽马振荡（20-80赫兹）预示着注意力集中程度的增加，而伽马调节失败是神经和精神疾病的一个特征。目前的理论预测，伽马振荡是由快脉冲抑制性中间神经元的同步活动产生的，由此产生的节律抑制通过产生有效激发的窄窗口产生神经整体同步性。我们通过选择性靶向快突中间神经元的光基因操作，在体内对桶皮层的这些假设进行了因果检验。在这里，我们展示了在不同频率（8-200 Hz）下快速尖峰中间神经元的光驱动激活选择性地放大伽马振荡。相反，锥体神经元的激活只放大低频振荡，这是一种细胞类型特异的双重分离。我们发现，感觉输入相对于伽玛循环的时间决定了诱发反应的幅度和精度。我们的数据直接支持快速峰值伽马假说，并提供了第一个因果证据，证明不同的网络活动状态可以通过细胞类型特异性激活在体内诱导。

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数字

图1
图1。AAV DIO通道R2——mCherry公司提供光激活通道的Cre依赖性和细胞类型特异性表达体内
一、AAV DIO通道R2——m樱桃色ChR2的Cre依赖性表达产生了光激活通道的细胞类型特异性靶向性。在Cre的见证下，通道R2——mCherry公司倒置到感测方向，并从EF-1型α (EEF1A1型)启动程序。ITR，反向终端重复；pA，聚（A）；WPRE，土拨鼠乙型肝炎病毒转录后元件。b条，ChR2–mCherry在PV中强烈表达+成年PV–Cre小鼠大脑皮层的中间神经元。c（c），在αCamKII–Cre小鼠中进行相应的注射，导致兴奋性神经元的专属标记。d、 e（电子）PV-Cre小鼠中ChR2–mCherry的表达仅限于表达PV的细胞。e（电子），光伏+具有ChR2–mCherry表达和典型FS中间神经元形态的细胞。f、 克，ChR2–mCherry在αCamKII–Cre小鼠中的表达仅限于PV免疫阴性的神经元。克，ChR2–mCherry表达细胞，具有典型的锥体神经元形态。比例尺：b、 c（c），100微米；d–g，25微米。
图2
图2。FS-PV中的发光活性+抑制性中间神经元抑制邻近兴奋神经元的感觉加工
一，光激活的RS和FS细胞分别记录在PV–Cre和αCamKII–Cre小鼠桶状皮层的2/3和4层，根据波形特性形成了两个离散的总体群体。b条，细胞内体内PV-Cre动物中RS细胞的记录。低功率蓝光1ms脉冲诱发IPSP，发作迅速。c（c），光激活FS峰值（填充圆圈）的潜伏期与产生的IPSP（开放圆圈）开始潜伏期非常一致。IPSP峰值时间随功率增加而减少（低功率：46 mW mm−2; 高功率：68 mW mm−2).d日FS抑制中间神经元的持续激活消除了附近RS神经元的感觉反应。通过10-ms光脉冲（蓝线；左侧面板）可靠地激活2/3层FS细胞。在同一四极杆上记录的RS细胞对振颤偏转有反应（红色条；中间面板）。抑制活性的激活与触须偏转同时消除了RS感觉反应（右侧面板）。e（电子）FS细胞活性增加时，平均RS触须反应显著降低**P（P）< 0.01; 误差线，平均值±标准误差。
图3
图3。FS抑制性中间神经元在局部皮层网络中产生γ振荡
一，作为对40Hz光脉冲（蓝色条）的响应，该FS电池以25-ms的间隔可靠点火，瞬时点火频率为40Hz（插图）。b条，PV–Cre和αCamKII–Cre小鼠中光激活FS和RS细胞每个光脉冲周期的平均峰值概率（RS，n个=17，开放圆；FS中，n个=22，实心圆）。c（c），40 Hz光脉冲激活FS细胞导致LFP中约40 Hz功率增加的示例。d日，在这些频率下FS（填充圆）和RS（开放圆）单元的光激活响应的每个频带的平均功率比。e、 （f），比较在8和40 Hz下激活FS和RS细胞对这些频带中相对LFP功率的影响。黑条，基线LFP中的相对功率；蓝色条，光脉冲存在时的相对功率。克，FS细胞每光脉冲周期响应三级光强的平均峰值概率。小时，LFP记录在所示光强水平下的平均功率比g.一，示踪显示LFP中自发发生的γ放射性。FS细胞的短暂激活（蓝色星号）延长了正在进行的伽马周期的持续时间，从而改变了随后周期的相位。给予光刺激的周期（光）的持续时间明显长于前一个（前）或后一个（后）周期**P（P）< 0.01; 误差线，平均值±标准误差。
图4
图4。兴奋性神经元的伽马振荡门控感觉反应
一，在每次试验中，FS-PV+抑制性中间神经元在40 Hz时被激活，在五个阶段中的一个阶段出现单个触须偏转（触须刺激，WS）。b条，一个第4层RS细胞对单个振颤偏转的基线响应，以每次试验的尖峰为单位显示。c（c），当晶须在五个时间相位中的每一个相位相对于诱发的伽马振荡发生偏转时，同一细胞的响应。d日，每种条件下每次试验诱发的平均峰值。虚线表示基线响应。e（电子），RS尖峰反应的时间，测量为中位数尖峰潜伏期。（f），RS响应的峰值精度。克，伽马振荡感官反应门控的示意模型。IPSP和LFP示例是平均数据跟踪*P（P）< 0.05, **P（P）< 0.01; 误差条，平均值±s.e.m。
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