神经元像墙上的时钟一样同步它们的节拍

17 世纪，荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯 (Christiaan Huygens) 将他最近发明的两个摆钟挂在一根木梁上，并观察到随着时间的流逝，时钟会调整它们的节拍。他在 1665 年报告了这一发现，他称之为“奇怪的同情”。三个半世纪后，人们发现大脑中的神经元以类似的方式同步它们的活动。

大脑中的神经元经常在准节奏活动中同步，共同产生“脑电波”，有时甚至可以使用脑电图从颅骨外部检测到。以这种节奏同步有助于神经元有效地交换信息，这对于执行学习、记忆、注意力、感知和运动等重要功能至关重要。如何产生、维持和消除这些节律以适应不断变化的大脑无缝操作需求是一个积极研究的领域。

在今天发表在Cell Reports上的一项新研究中，由首席研究员 Balázs Hangya MD Ph.D. 领导的神经科学家团队。匈牙利布达佩斯实验医学研究所的研究人员发现，大脑中的一组神经元在去同步状态下表现出不同频率的节律活动，就像单个时钟一样，但它们可以对齐它们的节律频率，从而在激活时产生同步的大脑节律，类似于惠更斯实验中的摆钟。

为了探索大脑的同步机制，研究小组记录了称为内侧隔膜的深层大脑结构的特殊神经元。这些神经元形成一个“起搏器网络”，它在称为海马体的结构中产生 4-12 赫兹的“θ”节律，负责编码我们所经历事件的情景记忆痕迹。众所周知，海马θ振荡对记忆很重要，但其产生的确切机制尚不清楚。

“要了解内侧隔膜中的细胞如何同步，应该同时记录多个细胞的活动。除了这种多通道深部脑记录之外，还需要并行记录海马活动以了解内侧隔膜的输出信号。这在技术上仍然具有挑战性，因此这些录音只能由熟练的实验者进行，”Hangya 说。

为了应对这一挑战，Hangya 的实验室与 István Ulbert、Viktor Varga 和 Szabolcs Káli 教授领导的其他小组合作，探索清醒或麻醉状态下大鼠和小鼠的内侧隔膜“起搏器网络”。惠更斯同步机制在所有测试条件下都存在，也可以通过内侧间隔“起搏器网络”的详细计算模型来重现。作者推测，惠更斯同步可能是跨不同物种(包括人类)大脑回路的通用同步机制。

“我认为我们对网络同步的起源提出了一个新的想法。内侧间隔抑制细胞在局部兴奋性输入激活时同步它们的频率这一事实以前是未知的，”该文章的第一作者 Barnabás Kocsis 说。

大脑的同步机制在疾病中可能出错，导致记忆力和注意力问题，甚至导致精神分裂症、癫痫和阿尔茨海默病等严重疾病。研究人员希望更好地了解大脑网络如何同步可能最终导致我们改进这些疾病的治疗方法。

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