Central Vestibular Tuning Arises from Patterned Convergence of Otolith Afferents.
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DOI：
10.1016/j.neuron.2020.08.019
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发表时间：
2020-11-25
期刊：
影响因子：
16.2
通讯作者：
Bagnall MW
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu Z;Kimura Y;Higashijima SI;Hildebrand DGC;Morgan JL;Bagnall MW
当感觉信息在大脑中传递时，高阶区域比低阶区域表现出更复杂的调谐。虽然模型预测复杂性是通过具有不同响应特性的神经元的收敛输入产生的，但在大多数脊椎动物系统中，收敛只是推断而不是直接测试。在这里，我们测量感觉计算在斑马鱼前庭神经元在体内跨多个轴。我们建立了全细胞生理记录揭示个人前庭传入输入和他们的突触后目标的调谐。强，稀疏的突触输入可以区分其幅度，允许在体内传入会聚的分析。一个独立的方法，连续切片电子显微镜，支持推断的连接。我们发现，传入相似或不同的首选方向收敛于中央前庭神经元，分别赋予更简单或复杂的调谐。这些结果一起提供了一个直接的，可量化的证明前馈输入收敛在体内。虽然计算模型预测了感觉输入如何在中枢神经元中收敛，但从技术上来说，实验测试这些想法是具有挑战性的。Liu等人通过活体斑马鱼幼鱼的全细胞记录证明，相似或不同调谐的前庭传入的会聚分别产生更简单或更复杂的突触后调谐。
As sensory information moves through the brain, higher-order areas exhibit more complex tuning than lower areas. Though models predict that complexity arises via convergent inputs from neurons with diverse response properties, in most vertebrate systems convergence has only been inferred rather than tested directly. Here we measure sensory computations in zebrafish vestibular neurons across multiple axes in vivo. We establish that whole-cell physiological recordings reveal tuning of individual vestibular afferent inputs and their postsynaptic targets. Strong, sparse synaptic inputs can be distinguished by their amplitudes, permitting analysis of afferent convergence in vivo. An independent approach, serial-section electron microscopy, supports the inferred connectivity. We find that afferents with similar or differing preferred directions converge on central vestibular neurons, conferring more simple or complex tuning, respectively. Together these results provide a direct, quantifiable demonstration of feedforward input convergence in vivo. Though computational models predict how sensory inputs converge in central neurons, it is technically challenging to test these ideas experimentally. With whole-cell recordings in larval zebrafish in vivo, Liu et al. demonstrate that the convergence of similarly or differently tuned vestibular afferents produces more simple or complex postsynaptic tuning, respectively.
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