神经科学家揭示大脑如何增强连接

当大脑形成记忆或学习新任务时，它通过调整神经元之间的连接来编码新信息。麻省理工学院神经科学家发现了一种新型机制，有助于加强这些连接，也称为突触。

在每个突触中，突触前神经元将化学信号发送到一个或多个突触后接收细胞。在大多数关于这些联系如何发展的研究中，科学家都专注于突触后神经元的作用。但是，麻省理工学院小组发现，突触前神经元也会影响连接强度。

“我们在突触前一侧发现的这种机制增加了我们为了解如何理解的工具包突触可以改变。” MIT的生物学和大脑和认知科学系教授Troy Littleton，MIT的Picower学习与记忆研究所的成员，研究的高级作者，该研究的高级作者出现在11月18日的问题上。的神经元。

了解有关突触如何改变其联系的更多信息，可以帮助科学家更好地理解神经发育障碍，例如自闭症，因为与自闭症相关的许多遗传变化都在为突触蛋白编码的基因中发现。

Picower Institute的研究科学家Richard Cho是该论文的主要作者。

重新布线大脑

神经科学领域最大的问题之一是脑响应不断变化的行为条件（一种称为可塑性的能力）而重新布线。这在早期发展过程中尤其重要，但随着大脑学习和形成新的记忆，整个生命都持续下去。

在过去的30年中，科学家发现，对突触后细胞的强大输入导致其流动更多的神经递质的受体到其表面，从而扩大了其从突触前细胞中收到的信号。这种现象被称为长期增强（LTP），发生在对突触的持续高频刺激之后。长期抑郁症（LTD）是在去除这些受体时会发生突触后反应的弱化后反应。

利特尔顿说，科学家的关注量较少，而不是在突触前神经元在可塑性中的作用，部分原因是研究更难研究。

他的实验室花了几年的时间来探讨突触前细胞如何释放神经递质的机制，以应对被称为的电活动的尖峰动作电位。当突触前神经元记录钙离子的涌入，携带动作电位的电浪涌时，将神经递质的囊泡储存在细胞的膜上并在细胞外面溢出，并在细胞外散发其含量，在那里它们与突触后神经元上的受体结合。

在没有动作电位的情况下，在一个称为自发释放的过程中，突触前神经元还释放神经递质。这些“迷你”以前被认为代表了大脑中发生的噪声。但是，利特尔顿和Cho发现可以调节Minis以驱动突触结构可塑性。

为了研究突触如何增强，利特尔顿和Cho研究了一种在果蝇中被称为神经肌肉连接的突触。研究人员在短时间内具有快速的动作电位刺激突触前神经元。正如预期的那样，这些细胞与动作电位同步释放神经递质。然而，令人惊讶的是，研究人员发现，在电刺激结束后，迷你事件大大增强。

利特尔顿说：“大脑中的每一次突触都在释放这些迷你事件，但是人们在很大程度上忽略了它们，因为它们仅在突触后细胞中引起很少的活动。”“当我们对这些神经元进行了强烈的活动脉冲时，这些迷你事件通常是非常低频的，突然升起，它们保持了几分钟的升高，然后才降低。”

突触生长

Minis的增强似乎会引起突触后神经元的释放信号传导因子，该信号传导因子尚未确定，该因子可以追溯到突触前细胞并激活一种称为PKA的酶。该酶与称为复合蛋白的囊泡蛋白相互作用，该囊泡通常充当制动，夹紧囊泡以防止释放神经递质，直到需要为止。PKA刺激可修饰复合蛋白，从而释放其对神经递质囊泡的握力，从而产生迷你事件。

当这些小包装的神经递质以较高的速度释放时，它们有助于刺激突触前和突触后神经元之间的新连接（称为boutons）的生长。这使得突触后神经元对来自未来的任何沟通的反应更加敏感突触前神经元。

利特尔顿说：“通常，每个单元格有70个左右的胸部，但是如果刺激突触前细胞，则可以非常敏锐地种植新的胸子。它将是形成的突触数量的两倍。”

研究人员在整个苍蝇的幼虫发育过程中观察到了这一过程，该发育持续了三到五天。然而，利特尔顿和Cho证明突触功能的急性变化也可能导致发育过程中突触的结构可塑性。

“突触前终端中的机械可以以非常敏锐的方式进行修改以驱动某些形式的可塑性，这不仅在开发中也很重要，而且在更成熟的状态下，在行为过程中可能会发生突触变化，例如学习和记忆，例如学习和记忆，“乔说。

利特尔顿（Littleton）的实验室现在正试图弄清楚复杂蛋白如何控制囊泡释放的更多机械细节。

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