Последние новости

Тенденции рынка соединительных коробок для оптоволокна на 2023 год с анализом ключевых игроков Furukawa YOFC UI Lapp GmbH Phoenix Mecano AG METZ CONNECT Sterlite Power Nexans HUBER+SUHNER Neutrik Rosenberger OSI eks Engel GmbH & Co. KG Ipcom CommScope Prysmian Group Pepperl+Fuchs SE SCHMERSAL SIEMENS BOSCH

Тенденции рынка усилителей кабельного телевидения в 2023 году с анализом ключевых игроков Braun Group, Analog Devices, Skyworks, Blonder Tongue, Hangzhou Tuolima Network Technologies, Multicom, Freescale Semiconductor, Qorvo, MACOM, Comtech Xicom Technology, NXP Semiconductors, Vision Products

Кодирование прикосновения соматотопически выровненными подразделениями спинного столба.

May 21, 2023

Nature, том 612, страницы 310–315 (2022 г.) Процитировать эту статью

10 тысяч доступов

2 цитаты

161 Альтметрика

Подробности о метриках

Соматосенсорная система декодирует ряд тактильных стимулов для формирования связного чувства осязания. Дискриминационное прикосновение к телу зависит от сигналов, передаваемых от периферических механорецепторов в мозг через дорсальный столб спинного мозга и его мишень в стволе мозга, ядра дорсального столба (DCN)1,2. Модели соматочувствительности подчеркивают, что быстропроводящие низкопороговые механорецепторы (LTMR), иннервирующие кожу, управляют DCN3,4. Однако нейроны постсинаптического дорсального столба (PSDC) в дорсальном роге спинного мозга также собирают сигналы механорецепторов и формируют второй основной входной сигнал для DCN5,6,7. Значение нейронов PSDC и их вклад в кодирование прикосновения оставались неясными с момента их открытия. Здесь мы показываем, что прямой ввод LTMR в DCN передает вибротактильные стимулы с высокой временной точностью. И наоборот, нейроны PSDC в первую очередь кодируют начало прикосновения и интенсивность устойчивого контакта в диапазоне высоких усилий. Сигналы LTMR и PSDC топографически перестраиваются в DCN для сохранения точных пространственных деталей. Различные подтипы нейронов DCN имеют специализированные реакции, которые генерируются различными комбинациями входных сигналов LTMR и PSDC. Таким образом, подразделения LTMR и PSDC дорсального столба кодируют различные тактильные особенности и дифференциально сходятся в DCN, чтобы генерировать специфические восходящие потоки сенсорной обработки.

Быстропроводящие LTMR (Aβ-LTMR) обнаруживают легкие механические силы, действующие на кожу, и обеспечивают различительное осязание8,9,10,11. Сигналы Aβ-LTMR быстро передаются с периферии, а их аксоны поднимаются по дорсальному столбу спинного мозга и непосредственно контактируют с DCN ствола головного мозга. Из DCN механосенсорная информация передается множеству целей в высших отделах мозга. Большая часть сенсорной информации передается от DCN к соматосенсорной коре через выраженную проекцию на соматосенсорный вентральный заднелатеральный таламус (VPL) для сознательного восприятия прикосновения. Отдельная, менее известная популяция нейронов DCN передает тактильную информацию во внешнюю кору нижних холмиков (IC)12,13. В этой области мозга информация интегрируется и контекстуализируется со слуховой информацией. Другие популяции нейронов DCN проецируются в оливоцеребеллярную систему14,15 для координации двигательной адаптации. Нейроны DCN также могут проецироваться на вторичные ядра таламуса16, участвующие в аффективном состоянии, а также на спинной мозг и периакведуктальный серый цвет14,16. Таким образом, DCN является проводником входящих механосенсорных сигналов и широко соединяет механорецепторы на периферии с несколькими основными областями мозга17.

Соматосенсорное кодирование в нейронах DCN неоднородно18,19,20,21, но то, как тактильные сигналы организуются внутри DCN и распределяются по нижестоящим мишеням, остается неизвестным. Используя мышей, мы попытались определить, как сенсорные представления задних конечностей кодируются на этой ранней стадии соматосенсорной иерархии. Чтобы достичь этого, мы выборочно зарегистрировали подтипы нейронов в DCN (изящное ядро; расширенные данные, рис. 1) у мышей, используя антидромную активацию и оптогенетическую маркировку.

Различные типы нейронов DCN кодировали различные аспекты механосенсорных стимулов, подходящие для их проекционных целей. Нейроны проекции VPL (VPL-PN) являются наиболее распространенным типом клеток в DCN, превосходя по численности нейроны проекции IC (IC-PN) и локальные тормозные интернейроны (VGAT-IN) с предполагаемой пропорцией VPL-PN: IC-PN: VGAT. -ИН 2:1:1 (ссылка 13). VPL-PN имели небольшие возбуждающие рецептивные поля с большими областями окружающего подавления (рис. 1a-c,pq). Эти ВПЛ-ПН могли привести свою стрельбу к механической вибрации; однако для большинства это увлечение ограничивалось узким диапазоном частот ниже 150 Гц (рис. 1в, г). Нейроны DCN, проецирующиеся на IC, можно разделить на несколько подгрупп (расширенные данные, рис. 2), но чаще всего они имели большие и исключительно возбуждающие рецептивные поля, которые включали всю заднюю конечность (рис. 1f – h,p). В отличие от VPL-PN, большинство IC-PN могут приводить в действие механическую вибрацию в широком диапазоне частот (рис. 1h–i). Вибрация задней конечности вызывала точно рассчитанные по времени потенциалы действия, которые были вовлечены и синхронизированы по фазе с вибрациями в диапазоне от 10 Гц до 500 Гц — самой высокой из протестированных частот. Таким образом, нейроны, проецирующиеся на VPL, настроены на передачу точно детализированной пространственной информации. Напротив, нейроны, проецирующиеся на IC, плохо кодируют пространственные детали и лучше подходят для кодирования широкого спектра механических вибраций, которые могут коррелировать со слуховыми стимулами. VGAT-IN имели широкий диапазон размеров рецептивных полей, не имели ингибирующего окружения и, в отличие от PN, обычно не имели спонтанной активации (рис. 1k-n,p-r). Все три типа клеток DCN быстро адаптировались к ступенчатым вдавливаниям при малых силах (рис. 1e,j,o). В отличие от других типов клеток, VPL-PN более надежно кодируют статическую фазу устойчивого вдавливания под высокой силой, существенно превышающую силы, при которых быстро адаптирующиеся и медленно адаптирующиеся плато Aβ-LTMR22,23,24,25 (Рис. 1e).

5 weeks) of both sexes. The following mouse lines were used: C57Bl/J6; Cdx2cre (ref. 48); Calca-FlpE (ref. 49); AvilFlpO (ref. 49); Avilcre (ref. 50); Rosa26LSL-Acr1 (ref. 51); and Rosa26FSF-ReaChR (derived from ref. 52). Animals were maintained on mixed C57Bl/J6 and 129S1/SvImJ backgrounds. C57Bl/J6 mice were obtained from The Jackson Laboratory./p>5 weeks) animals were anaesthetized with urethane (1.5 g kg–1) and placed on a heating pad. The head and neck were shaved and local anaesthesia (lidocaine HCl, 2%) was administered to the scalp and neck. An incision was made in the skin, and the muscle of the dorsal aspect of the neck was cut and moved aside to expose the brainstem. A head plate was attached to the skull using dental cement and the head was fixed to a custom-built frame. The dura overlying the brainstem was cut and small fragments of the occipital bone were removed. In some cases in which optical access to the DCN was required, small amounts of the posterior vermis of the cerebellum were aspirated to expose the DCN. A glass electrode filled with saline (2–3 MΩ) was put in place 200–300 µm above the gracile nucleus. The area was then flooded with low-melting point agarose dissolved in saline. After the agarose hardened, the electrode was advanced into the gracile. The electrode was guided to individual units and positioned to maximize the signal of a single unit. Recording quality and unit discrimination were continuously assessed using an audio monitor and online analysis of amplitude and spike waveforms. All recordings in the DCN were made in the hindlimb representation region of the gracile nucleus, and only units with receptive fields in the hindlimb were recorded. Recordings were targeted to the rostral–caudal level approximately where the gracile diverges bilaterally (see example in Extended Data Fig. 1) where units receiving input from the hindlimb digits and pads were most abundant. Although it has been reported that the gracile in rats, cats and primates is subdivided into ‘core’ and ‘shell’ regions, we were unable to detect clear organization in the mouse through electrophysiology experiments. Signals from single units were amplified using the ×100 AC differential amplification mode of a Multiclamp 700B instrument and sampled at 20 kHz using a Digidata 1550B controlled by Clampex 11 software (Molecular Devices). Signals were collected with an additional 20× gain, a 0.3 kHz high-pass filter and a 3 kHz Bessel filter./p>10 mN) at baseline and became mechanically insensitive following DCN lesion were not included for analysis because the stimulus may have been off the centre of the receptive field./p>

300 Hz and often up to 500 Hz), and do not have inhibitory surrounds. The broad receptive field and entrainment to high frequencies suggest that they receive strong input from Pacinian corpuscles. Spatially-tuned (ST) units have small receptive fields, typically consisting of 1-2 digits or pads, or a small portion of the heel. They often have inhibitory surrounds, and can entrain their firing to modest vibration frequencies (up to 100–200 Hz). These units cannot entrain their firing to vibration frequencies > 300 Hz, even at high forces. Contact-tuned (CT) units have receptive field sizes similar to spatially-tuned units, but are poorly activated by vibration. They are very sensitive and almost exclusively responsive to the initial contact of a stimulus. a, Example receptive field of a vibration-tuned IC-PN. Color scale of normalized firing rate shown at bottom. b, Example rasters of a vibration-tuned IC-PN unit in response to 50 (top) or 500 Hz (bottom) vibration. c, Responsiveness of vibration-tuned IC-PN units to different vibration frequencies (10–20 mN). Data is shown for individual units (gray) and average across units (black). d–g, Vibration-tuned units had different sensitivities to different frequencies of vibration. When reducing the force of vibrations to near-threshold (<10 mN), 300 Hz vibrations evoked more robust responses in the heel, whereas 10 Hz vibrations typically only evoked responses when stimulating the digits. d, Receptive field map of near-threshold 300 Hz vibration for an identified vibration-tuned IC-PN (left). Example trials from the heel (top right) and digits (top left) are shown. Color scale of normalized firing rate shown at bottom. e, Same as in d, but for 10 Hz near-threshold vibration. Color scale of normalized firing rate shown at bottom. f, Average histograms for individual units of near-threshold 300 Hz vibration delivered to the heel (top) or digits (bottom). Color scale of Z-scores shown at right. g, Average histograms for individual units of near-threshold 10 Hz vibration delivered to the heel (top) or digits (bottom). Color scale of Z-scores shown at right. h–j, Same as a-c, but for spatially-tuned units. k–m, Same as a–c, but for contact-tuned units. n, Distribution of functional types for units antidromically activated from the IC. o, Functional types were generalized to classify VPL-PNs. Units antidromically activated from the VPL were almost all spatially-tuned. Their receptive fields were small and did not phase-lock to high frequency vibration (>300 Hz), even when increasing the amplitude. These units also typically did not elevate their firing in response to high-frequency vibration. 1/39 units were found to be vibration-tuned. p, Receptive field area for spatially-tuned units antidromically activated from the IC or VPL. Distributions are significantly different (p = 0.031, Kolmogorov-Smirnov test). Individual units (gray) and mean ± s.e.m. (black). q, Proportion of units with inhibitory surrounds for each functional type. All data shown as n units in N animals (n/N)./p>

300 Hz) vibration, even at high forces. a, Top: Traces of single control and silencing trials. A 100 ms, 50 Hz, 10 mN vibration was applied. Timing of light delivery is denoted by a green ramp. Middle: Raster of trials for 50 Hz vibration. Control and light trials are separated by a dashed green line. Bottom: Average histogram for this unit when light was off (Control) or on (+Light). Time 0 is the onset of vibration. Bins are 1 ms. b, Same unit as in a, but for a 200 ms 10 Hz 10 mN vibration. c, Same unit as in a and b, but for a 200 ms 10 mN indentation. d-f, A DCN unit that was antidromically activated from the IC. This unit entrained to 300 Hz vibratory stimuli and had a large receptive field. d, Top: Traces of single control and silencing trials. A 100 ms, 300 Hz, 10 mN vibration was applied. Middle: Raster of trials for 300 Hz vibration. Control and light trials are separated by a dashed green line. Bottom: Average histogram for this unit when light was off (Control) or on (+Light). Time 0 is the onset of vibration. Bins are 1 ms. e, Same unit as in d, but for a 200 ms 10 Hz 10 mN vibration. f, Same unit as in d and e, but for a 200 ms 10 mN indentation./p>

Предыдущий: Серийные продукты за 16 недель: история успеха Aptiv и Fast Radius Следующий: Интернет-кабель выявил источник подводных вибраций

Отправить запрос

Отправлять