整体破裂细胞可能是大脑认知的基础

单个皮层神经元代表一个学习的复杂对象的整体，而不是部分。

在过去的一个世纪中，神经科学家发现了与大脑认知功能相关的各种功能类别的神经元。这些细胞包括方向选择性细胞、位置细胞、网格细胞和恐惧记忆印迹细胞。

这些特定功能类别的神经元被认为是大脑认知图谱的基石。近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所的科学家与国内外合作者一起，展示了“整体爆裂”细胞的发现，这是一种新型功能类皮层神经元，可以将学习的复杂物体表示为整体而不是部分。

一个由跨学科研究人员组成的联盟利用尖端技术进行了一系列极具挑战性的实验，包括结合神经元群的双光子 Ca2+成像和行为小鼠中单个神经元的松散斑块记录。研究人员发现，在接受过听觉关联训练的小鼠中，听觉皮层 2/3 层中存在一个特殊的神经元子集，每个神经元都可靠地表现出一种独特的高速率、长时间爆发放电反应模式(瞬时放电率)。每次试验中训练的声音的频率约为 100 Hz，发射持续时间 100—250 ms。

相比之下，未经训练的动物的听觉皮层几乎不存在具有如此强烈和可靠的突发放电反应的神经元，其中典型的神经元反应是不可靠的单线放电。一组慢性成像实验表明，爆发反应特性是由于联想训练而出现的，但仅发生在听觉皮层神经元的稀疏子集(~5%)中。

特别有趣的是，研究人员发现可以用不同的和弦训练小鼠，每个和弦由多个纯音组成。行为反应显示出“整体”特征，即，小鼠仅对受过训练的和弦表现出可靠的行为反应，但对任何组成的纯音不表现出可靠的行为反应，即使所有声音都以几乎相同的音量播放。

在用和弦训练的动物中，发现了一类特殊的神经元，称为整体爆发(HB)细胞，每个细胞都可靠地仅对受训练的和弦表现出爆发反应，但对其他和弦或单个组成音调不表现出爆发反应。实验精度足以表明，对于这些 HB细胞，对首选和弦的响应强度明显大于对构成和弦的四个音调的个体响应强度的总和。

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