前额叶皮层中的乙酰胆碱释放促进伽马振荡和 theta–gamma 耦合在提示检测期间

使用外部线索引导行为的能力（“提示检测”）构成了注意力和目标导向行为的一个重要方面。皮层胆碱能输入系统通过促发前额叶乙酰胆碱释放的相位性增加，在注意力中发挥着重要作用，介导这种提示检测。然而，提示检测期间胆碱能信号与前额叶网络的神经活动动态之间的关系仍不清楚。我们结合了亚秒级的胆碱能信号测量、神经生理记录和胆碱能受体阻断，来描绘在大鼠提示检测期间胆碱能对前额叶振荡的贡献。我们首先确认检测到的提示会引发相位性乙酰胆碱释放。这些胆碱能信号与多种频率带内神经元同步性的增加和 theta–gamma 耦合的出现是同时发生的。毒蕈碱和烟碱胆碱能受体都分别对由检测到的提示激发的伽马同步性做出了贡献，但阻断这两种受体亚型的效果是可以分开的。阻断烟碱受体主要减弱了在提示检测过程最早阶段发生的高伽马振荡，而毒蕈碱 (M1) 受体的活性则主要参与从随后的高伽马功率到低伽马功率的过渡，并对应于动员参与提示引导决策的网络。检测到的提示还促进了伽马和 theta 振荡之间的耦合，烟碱和毒蕈碱受体的活性都对此过程有所贡献。这些结果表明，乙酰胆碱的释放在提示检测过程中协调神经振荡。重要性声明：学习到的提示引导注意力和反应的能力（“提示检测”）是目标导向行为的一个关键组成部分。前额叶皮层中节律性的神经活动和乙酰胆碱释放的增加对这一过程有所贡献；然而，这些神经机制之间的关系尚不十分明确。通过结合体内神经化学、神经生理学和药理学的方法，我们证明了提示引发的乙酰胆碱释放通过在烟碱和毒蕈碱受体上的不同作用触发了一系列神经振荡，映射到提示检测的多个阶段。我们的数据通过揭示在提示检测期间由乙酰胆碱释放调节的前额叶网络同步性的时间协调变化，提供了对胆碱能功能的新见解。