Discovery of sensorimotor connectivity mechanisms in a continuous topographic map

在连续地形图中发现感觉运动连接机制

基本信息

  • 批准号:
    10392177
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-02-01 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

SUMMARY The long-term goal of this project is to understand the developmental mechanisms underlying neural connectiv- ity within sensorimotor reflex circuits in our brain. Reflex circuits enable individual sensory inputs to elicit func- tionally appropriate stereotyped motor outputs, suggesting fine-scale connection specificity between the sensory and motor systems. However, in the brain, neurons responsible for different functions are often continuously aligned on topographic maps, with functionally different neurons being intermingled at the boundary regions between functional groups. It is poorly understood how functionally different neighbors on a topographic map are distinguished during reflex circuit development so that they can invariably generate appropriate responses to sensory information. We have established the vagus nerve in larval zebrafish as an efficient system in which to address this long-standing mystery in brain circuit development. The vagus nerve exits the hindbrain and branches widely to innervate the pharynx, larynx, stomach, heart and other visceral organs. This nerve carries both sensory and motor axons, each of which participates in one of several polysynaptic reflex circuits including the pharyngeal reflex and baroreflex. Our group has discovered that vagus motor neurons and sensory axons are co-organized in a continuous topographic map that is detectable within the larval zebrafish hindbrain. Our pre- liminary data support that local sensory inputs to the vagus sensory system selectively activate functionally ap- propriate groups of vagal motor neurons with a strikingly fine-scale connection specificity that distinguishes adjacent functionally different neurons. In order to investigate the mechanism underlying this functional sepa- ration, we will investigate the contribution of neural activity in vagal motor neurons for fine-scale connection specificity (Aim 1), and we will determine the structural basis of vagal reflex circuit refinement via transsynaptic labeling (Aim 2). The successful outcome of these aims will provide neurophysiological and neuroanatomical insights into fine-scale connection specificity at the level of entire sensorimotor reflex circuits in the vertebrate brain. The larval zebrafish has emerged as a premiere system in which to study developmental neurobiology, and the tools we develop in the vagus system will be generally applicable to questions about the role of neural activity in other aspects of nervous system development.
概括 该项目的长期目标是了解神经连接的发育机制 我们大脑中感觉运动反射回路的有效性。反射电路使单独的感觉输入能够引发功能 适当的刻板运动输出,表明感觉之间的精细连接特异性 和电机系统。然而,在大脑中,负责不同功能的神经元经常不断地 在地形图上对齐,功能不同的神经元在边界区域混合在一起 功能组之间。人们对地形图上不同邻居的功能了解甚少 在反射回路发育过程中被区分,以便它们总是能产生适当的反应 到感官信息。我们在斑马鱼幼体中建立了迷走神经作为一个有效的系统 解开大脑回路发育中这个长期存在的谜团。迷走神经离开后脑并 分支广泛,支配咽、喉、胃、心脏等内脏器官。这条神经承载着 感觉轴突和运动轴突,每个轴突都参与几个多突触反射回路之一,包括 咽反射和压力反射。我们小组发现迷走运动神经元和感觉轴突 共同组织在连续地形图中,可在斑马鱼幼虫后脑内检测到。我们的预 初步数据支持迷走感觉系统的局部感觉输入选择性地激活功能性应用程序 迷走神经运动神经元的适当群体具有惊人的精细连接特异性,可区分 相邻的功能不同的神经元。为了研究这种功能分离的机制 定量,我们将研究迷走运动神经元的神经活动对精细尺度连接的贡献 特异性(目标 1),我们将通过突触确定迷走神经反射回路细化的结构基础 标签(目标 2)。这些目标的成功结果将为神经生理学和神经解剖学提供帮助 深入了解脊椎动物整个感觉运动反射回路的精细连接特异性 脑。斑马鱼幼体已成为研究发育神经生物学的首要系统, 我们在迷走神经系统中开发的工具将普遍适用于有关神经活动作用的问题 神经系统发育的其他方面。

项目成果

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