接受背内侧丘脑投射的前额叶皮层锥体神经元的电生理学和形态学特性

脑高级功能对生物体的生存至关重要。内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex,mPFC)和背内侧丘脑(mediodorsal thalamus,MD)之间存在的密集交互投射在多种认知功能和执行功能的调控中发挥重要作用。根据神经元的形态学和电生理学特性,mPFC的锥体神经元已被分成多种亚类,但是特定神经环路的mPFC神经元的形态学和电生理学特性尚不清楚。本文旨在研究mPFC中接受MD投射的锥体神经元的形态学和电生理学特性。在过去,研究神经元的形态学和电生理学特性主要依赖大量的神经元电生理记录和其形态重构,但是在研究特定神经环路的神经元电生理和形态学特性时,这种方法效率较低。针对这一不足,本研究将传统形态学和电生理学方法与聚类分析等机器学习的方法相结合,建立mPFC锥体神经元形态学和电生理特性的分类模型。采用神经环路跨突触示踪策略标记mPFC中接受MD投射的锥体神经元,应用全细胞膜片钳记录和神经元重构技术获取mPFC中接受MD投射的锥体神经元的形态学特征。结果显示,本研究所建立的分类模型能够通过锥体神经元的形态预测其电生理特征。与mPFC中的非MD神经支配神经元相比,MD神经支配的mPFC锥体神经元表现出更大的基底树突长度,但顶端树突的复杂性更低。MD支配的mPFC锥体神经元的两种亚型(ET-1和ET-2)的形态特征不同,ET-1神经元的顶端树突比ET-2神经元更长、更复杂。本研究结果表明接受MD投射的mPFC锥体神经元的电生理特性与其形态学特征相关,提示接受MD投射的mPFC锥体神经元的两个电生理亚类在PFC局部回路以及PFC与其他皮层或皮层下脑区的环路中的作用不同。