陆军军医大学谌小维等发现了一种用于声音处理的平行的丘脑皮层回路

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Neuron：陆军军医大学谌小维等发现了一种用于声音处理的平行的丘脑皮层回路
( e) u2 C0 y6 v+ m1 ]/ ^8 F' {1 S5 E来源：iNature 2025-04-21 10:51
4 F$ _0 a  v/ k8 g该研究发现了一个丘脑区域，即丘脑腹内侧核(bVM)的基底区域，它向听觉皮层(AuC)场发送密集的、按听觉皮层位置排列的投射。
* P+ O) z; Z1 a& Q$ P哺乳动物对感觉世界的感知需要从丘脑到皮层的信息流。虽然一级感觉丘脑及其周围的核被认为是前馈丘脑-皮质传递的主要中枢，但尚不清楚是否有任何其他丘脑输入也有助于这种传递。4 q; s% y8 @, X" r
2025年4月15日，陆军军医大学谌小维、重庆脑与智能科学中心Sunny C. Li、重庆大学廖祥、Zhao Zhikai共同通讯在Neuron在线发表题为“A parallel tonotopically arranged thalamocortical circuit for sound processing”的研究论文，该研究发现了一个丘脑区域，即丘脑腹内侧核(bVM)的基底区域，它向听觉皮层(AuC)场发送密集的、按听觉皮层位置排列的投射。
% ]4 p0 c: d, F( {2 H- q$ q3 F( Y沉默这些AuC投射神经元严重损害了小鼠辨别声音频率的能力。这些投射表现出强烈的频率调谐偏好，与皮质张力图相匹配。此外，bVM输入是兴奋性的，主要终止于皮质层1的神经元源性神经营养因子阳性中间神经元。沉默这些输入显著降低AuC神经元的声音诱发反应。该结果揭示了一种非典型的、按声调排列的丘脑输入到皮层1，这种输入有助于声音处理，与经典的听觉丘脑皮层通路平行。
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哺乳动物大脑中听觉世界的表现要求神经信号从丘脑传输到新皮层。30年的工作表明，内侧膝状体(MGBv)的腹侧部分是一阶听觉丘脑，主要向听觉皮层(AuC)的中间层发送前馈声音信号。此外， MGBv周围的核也接收来自下丘(IC)的听觉输入，并投射到AuC的许多子区域的中间层。最近的研究表明，这些周围的核也整合非听觉输入，并通过其向皮质层1 (L1)的投射在记忆功能中发挥调节作用。
1 {+ u4 f2 p1 n- z* J& V. E7 f4 l丘脑腹内侧核(VM)被认为是调节皮层觉醒和丘脑皮层同步性的。VM，传统上被认为是一个“非特异性”系统，投射到整个新皮层，并将轴突广泛发送到皮层L1。此外，丘脑神经元群的多样性是通过单细胞RNA测序结合输入输出回路映射来确定的。这些研究表明，VM中的亚区域或神经元亚型投射到广泛的皮层区域。然而，是否VM的任何子区域特别投射到感觉皮层区域仍然是未知的。( T0 B& `& `' A' g0 E) {4 U4 O
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机理模式图（图源自Neuron）# |1 l/ E! M0 L  v
在这项研究中，研究人员试图确定是否VM的任何亚区可以投射到AuC并有助于声音处理。事实上，VM (bVM)的基底部分与不同的AuC区域有着非典型的联系，并且主要向L1发送信息。与L1回路的其他长程投射不同，听觉联想恐惧记忆不需要这种丘脑皮层通路。相反，沉默这些bVM神经元削弱了小鼠辨别声音频率的能力，尤其是在频谱相近的声音频率之间。1 R- V8 s% t  G, E
值得注意的是，在初级AuC (A1)中测试的这些bVM投射的轴突在清醒小鼠中表现出强烈的频率调谐选择性。bVM轴突的调谐偏好分布在空间上有组织，并与A1的张力图相匹配，这是以前在经典的MGBv/ A1通路中记录的特征。此外，长程bVM投射是兴奋性的，其突触后目标是皮质L1中的神经营养因子阳性(NDNF+)中间神经元。抑制这些丘脑输入显著降低了A1神经元的声音诱发反应。总之，该研究将这些bVM输入与其他已知的非丘系丘脑核的输入区分开来，并将bVM/AuC通路确定为一个平行的计算层，它有助于处理听觉刺激的基本特征，并导致音调频率辨别的高灵敏度。
2 y- I* E5 U( I% d参考信息：5 f( @5 G4 r3 N9 @  A
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(25)00222-3- m$ h% i/ x7 j2 I) |1 T