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研究发现突触脉冲的强度与突触大小直接相关
日期:2021年02月18日 09:20     

  神经细胞通过突触彼此交流。近日,发表在《Nature》上的一项研究中,来自苏黎世大学神经信息学研究所和苏黎世联邦理工学院的Kevan Martin实验室的研究团队发现,这些联系似乎比以前认为的要强大得多。突触越大,传递的信号就越强。这些发现将有助于更好地了解大脑功能以及神经系统疾病是如何产生的。
  新皮质是大脑的一部分,人类用它来处理感官印象、储存记忆、给肌肉发出指令以及计划未来。这些计算过程之所以成为可能,是因为每个神经细胞都是一个高度复杂的微型计算机,可以与大约10000个其他神经元进行通信,这种交流是通过突触的特殊连接进行的。
  这项研究首次证明,突触的大小决定了其信息传输的强度。在这项研究中,研究人员首先测量了两个相连神经细胞之间突触的电流强度。为此,他们准备了小鼠的大脑切片,在显微镜下将玻璃微电极插入相邻的新皮质神经细胞中。这使得研究人员可以人工激活其中一个神经细胞,同时测量另一个细胞产生的突触脉冲强度。他们还将染料注入两个神经元中,以在光学显微镜下三维地重建其分支过程。
  由于突触非常微小,研究人员利用高分辨率电子显微镜来可靠地识别和精确测量神经元的接触点。首先,在光学显微镜重建中,他们标记了在传递信号过程中,转发信号的神经元细胞与接受信号的神经元细胞过程之间的所有接触点,然后在电子显微镜下识别了两个神经细胞之间的所有突触。他们将这些突触的大小与其之前测量的突触脉冲相关联。研究人员发现,突触脉冲的强度与突触的大小直接相关。这种相关性可以根据测量到的突触大小来判断信息传递的强度。研究人员解释说,这可以让科学家们使用电子显微镜来精确绘制新皮质的“线路图”,然后在电脑上模拟并解释这些线路图中的信息流。这类研究将有助于更好地理解大脑在正常情况下是如何运作的,以及“线路缺陷”是如何导致神经发育障碍的。
  该研究团队还解决了神经科学领域另一个长期存在的难题:到目前为止,传统的理论是,当突触被激活时,只有一个充满神经递质的囊泡被释放。研究人员使用一种新的数学分析来证明每个突触实际上都有几个位点,可以同时释放囊泡,这意味着突触要复杂得多因此,整个大脑皮层的计算能力和存储能力似乎比以前认为的要强大得多,今后我们也可以更动态地调节信号强度。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-03134-2

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