Вклад мозжечка в общемозговую сеть, обеспечивающую гибкое поведение мышей

Биология связи, том 6, Номер статьи: 605 (2023) Цитировать эту статью

66 доступов

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Мозжечок регулирует немоторное поведение, но пути влияния изучены недостаточно. Здесь мы сообщаем о необходимой роли задней части мозжечка в выполнении обратной задачи обучения через сеть диэнцефальных и неокортикальных структур, а также в гибкости свободного поведения. После хемогенетического ингибирования червя VI дольки или клеток Пуркинье полушария ножки I мыши могли научиться водному Y-образному лабиринту, но у них была нарушена способность изменить свой первоначальный выбор. Чтобы нанести на карту объекты возмущения, мы изобразили активацию c-Fos в очищенном цельном мозге с помощью световой микроскопии. Обратное обучение активировало диэнцефальные и ассоциативные неокортикальные области. Отличительные подмножества структур были изменены в результате возмущения VI дольки (включая таламус и хабенулу) и ножки I (включая гипоталамус и прелимбическую/орбитальную кору), и оба возмущения повлияли на переднюю поясную извилину и подлимбическую кору. Чтобы идентифицировать функциональные сети, мы использовали коррелированные вариации активации c-Fos внутри каждой группы. Инактивация дольки VI ослабляет внутриталамусные корреляции, тогда как инактивация голени I разделяет неокортикальную активность на сенсомоторную и ассоциативную подсети. В обеих группах высокопроизводительный автоматизированный анализ движений всего тела выявил недостатки в поведенческом привыкании в течение дня к среде открытого поля. В совокупности эти эксперименты раскрывают общемозговые системы влияния мозжечка, которые влияют на множество гибких реакций.

Мозжечок все больше ценят за его вклад в гибкое поведение. Выдающиеся анатомические пути между мозжечком и неокортексом предполагают участие в обработке информации более высокого порядка1,2,3,4,5. У людей повреждение задней части мозжечка приводит к клиническому когнитивно-аффективному синдрому, который включает нарушения исполнительных функций, рабочей памяти, абстрактного мышления и обработки эмоций6,7. Более тяжелые последствия возникают в результате инсульта мозжечка у детей, включая диагноз аутизма, расстройства, характеризующегося негибкостью вплоть до эмоционального стресса при нарушении распорядка дня8,9,10,11,12,13. В совокупности эти исследования показывают, что, как и неокортекс, мозжечок играет необходимую роль в гибком поведении и когнитивной обработке.

Эксперименты на животных выявили определенные области коры мозжечка, которые поддерживают гибкое поведение. В дольке червя VI, задней срединной структуре, которая нарушается при расстройствах аутистического спектра14,15, ингибирование интернейронов молекулярного слоя изменяет обратное обучение, настойчивое или повторяющееся поведение, поиск новизны и социальные предпочтения16. Нарушение crus I у грызунов, человеческий гомолог17 которого структурно изменен при РАС, приводит к дефициту социального, повторяющегося и гибкого поведения16,18, и ни одно из возмущений не влияет на походку. Более того, инактивация клеток Пуркинье в ножке I грызунов снижает способность выполнять накопление сенсорных данных - задачу, в которой, как было обнаружено, клетки Пуркинье кодируют выбор и накопленные данные19,20.

VI долька и ножка I взаимодействуют с передним мозгом посредством двунаправленных полисинаптических путей21. Клетки Пуркинье в коре мозжечка получают входные сигналы от дистальных структур переднего мозга, а транссинаптическое отслеживание у мышей позволило проследить, что тормозящий выход клеток Пуркинье поступает в мозжечковые, вестибулярные и парабрахиальные ядра, которые, в свою очередь, обеспечивают возбуждающий выход для остальной части мозга, образуя церебрально-таламо-мозжечковый контур1,2,3,4,22,23,24. Вдоль этих путей кора мозжечка организована в парасагиттальные микрозоны, которые выступают по четким паттернам, так что долька VI и ножка I образуют разные паттерны дисинаптических связей со структурами таламуса25,26,27,28 и трисинаптические пути к передней части поясной извилины, подлимбической и премоторной части мозга. и соматосенсорная кора1,2,3,4,5,28,29. Каждая из этих областей мозжечка также получает нисходящие сигналы от неокортекса через мост30,31,32 и нижнюю оливу33. Таким образом, эти области мозжечка имеют разные пути, с помощью которых они могут влиять на обработку данных в переднем мозге во многих распределенных целях.