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研究可以帮助解释突触如何变弱或变强

原标题:研究可以帮助解释突触如何变弱或变强

要工作,神经系统需要它的细胞或神经元,以电脉冲和化学神经递质的语言连接和转换。为了使大脑能够学习和适应,它需要被称为突触的连接来加强或削弱。麻省理工学院皮考尔学习和记忆研究所的神经科学家进行的一项新研究有助于解释为什么强突触更强,以及它们是如何做到这一点的。

通过明确突触强度的特性以及它们是如何发展的,这项研究可以帮助科学家更好地理解突触是如何变弱或变强的。麻省理工学院生物系神经科学的Menicon教授、资深作者Troy littelton说,突触发育和变化的缺陷,或可塑性缺陷,在许多脑部疾病中起着一定的作用,例如自闭症或智力残疾。

利特尔顿说:“我们研究的重要性在于弄清楚强突触和弱突触的分子特征,以及我们如何想办法把弱突触转化为强突触。”。

在ineLife发表的这项研究中,利特尔顿的团队利用果蝇模型生物体中的创新成像技术,将重点放在“活动区”,这是突触的基本组成部分。科学家们发现了突触两侧紧密联系的具体特征。

该研究小组由博士后研究员尤利娅·阿克柏格诺娃和研究生卡伦·坎宁安领导,他们还研究了突触和活动区的发育情况,结果表明,在发育的关键时期发育时间最长的突触和活动区发育最强。

力量源泉

该小组的研究始于对运动神经元连接肌肉的交界处的活动区的调查。神经肌肉接头处有大约300个活动区,这使得研究小组可以检查丰富多样的突触。

典型地,神经科学家通过测量突触前神经元激活后突触后神经元中的电流来研究神经连接性,但是这种测量表示来自许多活动区的传输的累积。在新的研究中,该小组能够使用“光学定量成像”以前所未有的分辨率直接观察各个活动区的活动。"

阿克贝尔吉诺娃说:“我们优化了一个基因编码的钙传感器,使其位于活动区附近。”。“这使我们能够直接可视化各个发布站点的活动。现在我们可以在每个单独释放位点的水平上解析突触传递。"

在许多苍蝇身上,研究小组一致发现,只有大约10 %的连接处活性区很强,这是通过突触前神经元受到刺激时,它们很可能释放神经递质谷氨酸来衡量的。大约70 %的活动区弱得多,几乎没有释放谷氨酸盐给同样的刺激。另有20 %的人没有活动。最强活动区的释放概率是弱活动区的50倍。

利特尔顿说:“最初的观察是,由完全相同的神经元形成的突触强度不同。“那么问题就变成了,决定突触是强还是弱的个体突触是什么?"

这个小组进行了几次测试。例如,在一个实验中,他们发现不是突触囊泡的供应,而是储存谷氨酸盐的容器。当它们一遍又一遍地刺激突触前神经元时,即使它们的突触囊泡供应与附近活动区的突触囊泡供应相混合,强突触前神经元仍保持较高的释放可能性。

显示差异的突触前测试与测量钙流入活跃区的速率和钙到达活跃区的通道数有关。钙离子刺激囊泡与突触前细胞的膜融合,从而释放神经递质。

在强突触处,活性区通过明显比弱突触活性区更丰富的钙离子通道的钙离子流入显著更大。

更强的活性区还含有更多的一种叫做Bruchpilot的蛋白质,这种蛋白质有助于在突触处聚集钙通道。

同时,在突触后方面,当科学家测量谷氨酸受体亚型的存在和分布时,他们发现在强突触处存在显著差异。在典型的弱突触中,谷氨酸和含有谷氨酸受体的谷氨酸几乎混合在一起。但在强突触中,A亚型更为敏感,它挤在中心,而B亚型则被挤出到外围,似乎是为了最大化接收细胞获取这种强信号的能力。

可能通过成熟

有了强突触强大的证据,科学家们就试图确定它们是如何形成的,为什么没有更多的突触。为了做到这一点,他们研究了每个活动区从开发开始到几天之后。

利特尔顿说:“这是人们第一次能够跟随一个单一的活动区在许多天的发展,从它出生的早期幼虫到它成熟的动物生长。

他们通过每天对幼虫进行短暂麻醉来检查活动区的变化,从而进行“活体成像”。利用发光不同颜色的工程化GluRIIA和GluRIIB受体蛋白,他们可以通过A的特征浓度和b的边缘化来判断何时形成了强突触

他们注意到的一个现象是,随着开发的每一天,活动带的形成都在加速。这一发现很重要,因为他们的主要发现是突触强度与活动区年龄有关。随着突触在几天内成熟,它们积累了更多的钙通道和BRP,这意味着它们随着成熟而变得更强,但只有少数几天有机会这样做。

研究人员还想知道活动是否会影响动物的成熟速度,这在必须对动物的经历做出反应的神经系统中是可以预期的。通过对调节神经元放电程度的不同基因进行修补,他们发现活性区确实成熟得更快,活性更强,而活性降低时则更慢。

Cunningham说:“这些结果提供了对几个主要因素的高分辨率分子和发育理解,这些因素是导致整个活动区释放强度极度不均一的根本原因。”。“由于组成果蝇突触前活性区的一组蛋白质在哺乳动物突触中基本上是保守的,这些结果将提供有价值的见解,说明活性区释放异质性如何在更复杂的神经系统中出现。"

http://news.mit.edu/2018/what -分离-强-弱-脑-突触- 0710

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