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大脑中的背景噪音使神经连接保持年轻

导读 神经元通过快速电信号进行交流,这些电信号调节神经递质(大脑的化学信使)的释放。一旦通过神经元传输,电信号会导致与另一个神经元(称为突

神经元通过快速电信号进行交流,这些电信号调节神经递质(大脑的化学信使)的释放。一旦通过神经元传输,电信号会导致与另一个神经元(称为突触)的结合释放出充满神经递质的液滴,将信息传递给下一个神经元。这种神经元与神经元之间的交流称为诱发神经传递。

然而,即使在没有电脉冲的情况下,也会在突触处释放一些含有神经递质的液滴。神经遗传学与疾病实验室主任、EPFL 脑心智研究所教授布赖恩麦凯布说,这些微型释放事件——或迷你——长期以来一直被认为是“背景噪音”。

但几项研究表明,迷你确实有一种功能——而且是一项重要的功能。例如,2014 年,McCabe 和他的团队表明,minis 对于突触的发展很重要。McCabe 说,如果大脑中的神经元是一个计算机网络,则诱发释放将是机器交换信息的数据包,而 minis 将是 ping——确定两台计算机之间是否存在连接的简短电子信号。“Minis 是神经元用来表示‘我已连接’的信号。”

为了评估 minis 是否可以在成熟的神经系统中发挥作用,McCabe 小组的博士后 Soumya Banerjee 和他的同事开始研究一组控制果蝇运动的神经元。研究人员发现,随着昆虫年龄的增长,它们的突触开始分解成更小的碎片。(类似的过程发生在衰老的哺乳动物中,包括人。)随着神经接头的破坏,诱发和微型神经传递都受到抑制,苍蝇出现运动问题,例如爬上塑料瓶壁的能力下降。

接下来,该团队评估了刺激或抑制诱发和微型神经传递的效果。当两种类型的神经传递都被阻断时,突触会过早老化,这表明在衰老过程中或与老年相关的神经系统疾病中,神经传递的变化发生在突触开始崩溃之前。McCabe 说,这一发现颠覆了神经科学中一个长期存在的想法。“长期以来,人们一直认为突触的结构崩溃了,这会导致突触的功能发生变化,但我们发现情况正好相反,”他说。

研究人员发现,单独刺激诱发神经传递对老化的突触没有影响。然而,增加 minis 的频率可以保持突触完整,并将中年果蝇的运动能力保持在与幼果蝇相当的水平。“包括人类在内的所有衰老动物的运动能力都会下降,因此看到我们可以改变这种状况是一个令人愉快的惊喜,”麦凯布说。

发表在《自然通讯》上的研究结果可能对人类健康具有重要意义:迄今为止研究的每种类型的突触都发现了微型神经元,微型神经传递的缺陷与儿童的一系列神经发育障碍有关。弄清楚微型神经传递的减少如何改变突触的结构,以及这反过来又如何影响行为,可能有助于更好地了解神经退行性疾病和其他大脑疾病。

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