The whisking oscillator circuit.
The whisking oscillator circuit.
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DOI：
10.1038/s41586-022-05144-8
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发表时间：
2022-09
期刊：
影响因子：
64.8
通讯作者：
Wang, Fan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Takatoh, Jun;Prevosto, Vincent;Thompson, P. M.;Lu, Jinghao;Chung, Leeyup;Harrahill, Andrew;Li, Shun;Zhao, Shengli;He, Zhigang;Golomb, David;Kleinfeld, David;Wang, Fan
中枢振荡器是原始的神经回路，能产生并控制节律性运动。要从机制上理解这些回路，需要对振荡器神经元及其突触连接进行基因鉴定，以便在行为过程中进行电生理记录和因果性操纵。然而，在哺乳动物系统中，这种靶向操作仍然是一个挑战。在此，我们界定了驱动节律性触须摆动的振荡器回路，触须摆动是啮齿动物觅食和主动感知的核心运动行为。我们发现，触须摆动振荡器由位于脑干的触须中间网状核（vIRtPV）中表达小白蛋白的抑制性神经元组成。vIRtPV神经元接收下行的兴奋性输入，并在它们之间形成循环抑制性连接。使vIRtPV神经元沉默会消除节律性触须摆动，并导致触须持续伸展。在清醒小鼠中对光标记的vIRtPV神经元进行体内记录显示，当动物休息时，这些细胞呈紧张性放电，在触须摆动开始时转变为节律性爆发式放电，这表明节律产生可能是网络动态的结果，而非细胞内在特性所致。重要的是，消除vIRtPV神经元的抑制性突触输入会抑制其节律性爆发式放电，损害紧张性放电到爆发式放电的转变，并消除正常的触须摆动。因此，触须摆动振荡器是一个全抑制性网络，循环突触抑制在其节律产生中起关键作用。
Central oscillators are primordial neural circuits that generate and control rhythmic movements . Mechanistic understanding of these circuits requires genetic identification of the oscillator neurons and their synaptic connections, to target electrophysiological recording and causal manipulation during behavior. Yet, such targeting remains a challenge with mammalian systems. Here, we delimit the oscillator circuit that drives rhythmic whisking, a motor action central to foraging and active sensing in rodents. We found that the whisking oscillator consists of parvalbumin-expressing inhibitory neurons located in the vibrissa intermediate reticular nucleus (vIRtPV) in the brainstem. vIRtPV neurons receive descending excitatory inputs and form recurrent inhibitory connections among themselves. Silencing vIRtPV neurons eliminated rhythmic whisking and resulted in sustained vibrissae protraction. In vivo recording of opto-tagged vIRtPV neurons in awake mice showed that these cells spike tonically when animals are at rest, and transition to rhythmic bursting at the onset of whisking, suggesting that rhythm generation is likely the result of network dynamics, as opposed to intrinsic cellular properties. Importantly, ablating inhibitory synaptic inputs to vIRtPV neurons quenched their rhythmic bursting, impaired the tonic-to-bursting transition and abolished regular whisking. Thus, the whisking oscillator is an all-inhibitory network and recurrent synaptic inhibition plays a key role in its rhythmogenesis.
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影响因子：
16.2
作者：
Deschênes M;Takatoh J;Kurnikova A;Moore JD;Demers M;Elbaz M;Furuta T;Wang F;Kleinfeld D
通讯作者：
Kleinfeld D
影响因子：
25
作者：
Lin, John Y.;Knutsen, Per Magne;Muller, Arnaud;Kleinfeld, David;Tsien, Roger Y.
通讯作者：
Tsien, Roger Y.
影响因子：
16.2
作者：
Bellavance, Marie-Andree;Takatoh, Jun;Deschenes, Martin
通讯作者：
Deschenes, Martin
影响因子：
16.2
作者：
Aljadeff J;Lansdell BJ;Fairhall AL;Kleinfeld D
通讯作者：
Kleinfeld D
DOI：
10.1038/nrn.2016.9
发表时间：
2016-04
期刊：
Nature reviews. Neuroscience
影响因子：
--
作者：
Kiehn O
通讯作者：
Kiehn O