私たちの感覚と思考を結びつけるものが特定される~神経科学者が脳の高度な働きのプロセスを発見(UCI study IDs what brings our senses and thoughts together.Neuroscientists discover process behind brain’s high-level work)

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2022-09-26 カリフォルニア大学校アーバイン校(UCI)

私たちの思考、判断、記憶などの能力は、脳の大脳新皮質から生み出されています。このたび、カリフォルニア大学アーバイン校の神経科学者が、これらの機能の背後にあるメカニズムの重要な側面を発見した。
フィードフォワード信号とフィードバック信号が、大脳新皮質の頭頂部にある単一ニューロンに収束していることを突き止めた。さらに、皮質ニューロンの種類が異なると、この2つの情報の流れが著しく異なる時間スケールで統合されることを発見し、これらの違いを支える細胞および回路の構造を明らかにした。

<関連情報>

後頭葉皮質におけるフィードフォワードおよびフィードバック・シナプス入力の細胞型特異的な統合 Cell-type-specific integration of feedforward and feedback synaptic inputs in the posterior parietal cortex

Daniel J. Rindner,Archana Proddutur,Gyorgy Lur
Neuron  Published:September 09, 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.08.019

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Highlights

•PPC neurons receive converging monosynaptic input from frontal and sensory cortices

•L5 cell types display distinct temporal dynamics of multimodal synaptic integration

•Cell-type-specific ionic and inhibitory mechanisms shape integration timing

•Subthreshold integration dynamics translate to nonlinear action potential firing

Summary

The integration of feedforward (sensory) and feedback (top-down) neuronal signals is a principal function of the neocortex. Yet, we have limited insight into how these information streams are combined by individual neurons. Using a two-color optogenetic strategy, we found that layer 5 pyramidal neurons in the posterior parietal cortex receive monosynaptic dual innervation, combining sensory inputs with top-down signals. Subclasses of layer 5 pyramidal neurons integrated these synapses with distinct temporal dynamics. Specifically, regular spiking cells exhibited supralinear enhancement of delayed—but not coincident—inputs, while intrinsic burst-firing neurons selectively boosted coincident synaptic events. These subthreshold integration characteristics translated to a nonlinear summation of action potential firing. Complementing electrophysiology with computational modeling, we found that distinct integration profiles arose from a cell-type-specific interaction of ionic mechanisms and feedforward inhibition. These data provide insight into the cellular properties that guide the nonlinear interaction of distinct long-range afferents in the neocortex.

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