Сколько нейронов стимулируется электродами в экспериментах с энграммами памяти?

Исследователи недавно обнаружили «инграммы» в гиппокампе мыши, «редкие популяции нейронов» или «небольшие скопления клеток», стимуляция которых вызывает специально обученную ассоциацию воспоминаний о страхе. Например...

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4874022/

http://www.nature.com/nature/journal/v484/n7394/full/nature11028.html

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3331914/

http://www.smithsonianmag.com/innovation/meet-two-scientists-who-implanted-false-memory-mouse-180953045/

Мой вопрос: насколько велики — сколько нейронов — области стимулируются в этих экспериментах? Я просмотрел ряд документов и не смог найти эту информацию.

18.10 -- Изменение заголовка и формулировки, чтобы уточнить, что я спрашиваю только об экспериментальных процедурах с имплантированными электродами, а не об исследованиях фМРТ, и не о том, как на самом деле могут работать инграммы.

Возможно, никто еще не измерял точно, но более вероятное объяснение состоит в том, что оно варьируется. Я бы предположил, что разные воспоминания занимают разное количество места — например, у меня много подробных воспоминаний о дне моей свадьбы, но не так много о футбольном матче, в который мой ребенок играл месяц назад — было очень мокро, вот и все. Я помню :). Таким образом, имело бы смысл, что, поскольку воспоминания о свадьбе гораздо более детализированы и их гораздо больше, для их хранения будет назначено больше нейронов.
Я понимаю, что, вероятно, нет стандартного фиксированного размера, хотя, вероятно, есть конкретные цифры для рассматриваемых исследований, но они почему-то не публикуются. Я просто ищу порядок величины для «редких популяций» и «небольших кластеров». Это 10, 100, 1000 целых вокселей фМРТ (100K-1M, в чем я сомневаюсь) и т. д.? IOW, насколько точно имплантированные электроды могут считывать и стимулировать нейроны?

Ответы (1)

редактировать: более прямо отвечая на первоначальный вопрос, спасибо, я неправильно понял, что вы задавались вопросом, и был немного введен в заблуждение предыдущим комментарием и вашим ответом на этот комментарий.

В этих экспериментах они используют оптические, а не электрические методы. Поэтому немного сложно точно оценить количество клеток, активированных напрямую, потому что свет будет рассеиваться в ткани, но также и падать с расстоянием. Судя по плотности помеченных и затронутых клеток (для стимуляции клетка должна быть а) помеченной вирусной инъекцией и б) активной в инграмме), изображенной во второй ссылке, которую вы включили, кажется, что не более чем от нескольких до пары десятков клеток были бы активированы напрямую.

В своем комментарии вы сказали: «IOW, насколько точно имплантированные электроды могут считывать и стимулировать нейроны?» - это другой вопрос. Имплантированные электроды могут считывать и стимулировать отдельные нейроны или популяции, в зависимости от электрода и эксперимента. Трудно нацелить электроды на определенные нейроны без дополнительной оптической техники.

В экспериментах, на которые вы ссылаетесь, оптогенетические инструменты используются для выборочной маркировки клеток, которые были активны ранее в эксперименте, а затем повторно активируют те же самые клетки с помощью света. Такого рода эксперименты стали возможны только недавно с развитием этих инструментов.

(оригинальный ответ ниже)

Здесь применим стандартный ответ биологии: «он варьируется», вероятно, в зависимости от вида, типа памяти, строения мозга и т. д.

Но, чтобы дать вам некоторые идеи, одна область, которая много изучалась в этой области, — это зубчатая извилина гиппокампа (вторая и третья ссылки, которые вы прислали, например). В одной статье показано, что данная память активирует около 2-4% клеток в этой структуре у мыши http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166432811006462 .всего около 1 000 000 клеток зубчатой ​​извилины у мыши. Итак, это много клеток, но эти клетки могут делать что-то особенное (разделение паттернов), поэтому, возможно, неправильно думать о них как о самой «инграмме», или, может быть, нам следует считать их ПЛЮС все клетки. активированы в CA1, ПЛЮС все клетки, активированные в коре головного мозга, и т. д. В любом случае ясно одно: клетки участвуют во множестве различных инграмм — если вы знакомы с поп-нейробиологией, вы, возможно, помните волнение по поводу «бабушкиных клеток». " и клетки "Дженнифер Энистон" несколько лет назад. Почти наверняка инграммы работают не так, но из подмножества нейронов и стимулов, которые они исследовали, в этих случаях было лишь ограниченное перекрытие.

Для фМРТ-исследований довольно сложно получить представление о количестве вовлеченных клеток, но на самом деле невозможно измерить «небольшие скопления клеток» в фМРТ в том же масштабе, что и в других методах измерения. Что будет более важным для исследований расшифровки фМРТ, так это «вариации в пределах области мозга», где общее количество нейронов составляет много-много миллионов, но точное количество, вовлеченное в любую инграмму, не может быть измерено с помощью современных технологий.

Спасибо @Bryan, но это не относится к моему вопросу. Я не спрашиваю об изображениях фМРТ — количество воксельных клеток варьируется, но хорошо известно (например — ссылка ). Я спрашиваю об обратной проблеме , прямой стимуляции клеток и наблюдении за поведенческими результатами. Сколько клеток стимулируется в таких экспериментах — хотя бы приблизительно? Так что речь идет только об экспериментальных процедурах, а не о том, насколько велики инграммы или как они структурированы (что, я согласен, сложный вопрос).
Кстати, меня также интересует, сколько нейронов обычно наблюдается в экспериментах с имплантированными рецепторами. Опять же, это просто вопрос об экспериментальных процедурах, а не о фМРТ, а об имплантации электродов у животных (а иногда и у людей в качестве дополнения к медицинским процедурам).
Привет, Дэвид, надеюсь, что правки немного помогут. Чтобы добавить больше к вашему комментарию здесь, с помощью одного электрода можно либо записывать потенциалы действия / всплески от одного нейрона, либо популяции из десятков (но нелегко отличить их друг от друга), или записывать «потенциалы поля», которые соответствуют на мембранные токи в сотнях и тысячах клеток (это было бы похоже на «очень локальную ЭЭГ»). Электроды с несколькими участками записи (часто «тетроды») могут записывать сразу несколько клеток. Многие имплантаты, особенно у крупных животных, могут иметь десятки электродов.
да, это очень помогает - спасибо, и извините за мою небрежную формулировку и мое пренебрежение/игнорирование роли оптогенетики. И это моя подсказка — поиск наткнулся на эту статью Diessseroth в SciAm — ссылка , которая создает у меня впечатление, что при некоторых обстоятельствах она может стимулировать один нейрон. Но цифра, которую вы называете, до пары десятков, мне нужна. Так вы получите бонус.
Ага; если вы либо а) прольете свет только на одну клетку (скорее всего, используя 2-фотонную технику или какие-то другие новые приемы, которые начинают использовать люди), либо б) экспрессируете ген только в одной клетке на пути света, только в этой будет затронута одна клетка. В экспериментах, на которые вы ссылаетесь, они излучают свет из 200-микрометрового оптоволоконного кабеля, помещенного в интересующую область мозга. ссылка содержит некоторую информацию о том, как вы можете ожидать, что свет будет проходить из волокна в ткань мозга.