<p>麻省理工學院的神經科學家們發(fā)現，成年人的大腦中含有數百萬個&ldquo;沉默突觸&rdquo;&mdash;&mdash;神經元之間不成熟的連接，在被招募來幫助形成新的記憶之前，它們一直處于不活躍狀態(tài)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>到目前為止，人們認為沉默突觸只在早期發(fā)育階段出現，在這個階段，它們幫助大腦學習在生命早期接觸到的新信息。然而，麻省理工學院的新研究顯示，在成年小鼠的大腦皮層中，大約30%的突觸是沉默的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員說，這些沉默突觸的存在可能有助于解釋成年人的大腦是如何在不修改現有傳統(tǒng)突觸的情況下持續(xù)形成新記憶和學習新事物的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這些沉默的突觸在尋找新的連接，當重要的新信息出現時，相關神經元之間的連接就會加強。這讓大腦可以在不覆蓋儲存在成熟突觸中的重要記憶的情況下創(chuàng)造新的記憶，而成熟突觸是很難改變的，&rdquo;麻省理工學院研究生、新研究的主要作者Dimitra Vardalaki說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Mark Harnett是大腦和認知科學的副教授，也是麻省理工學院麥戈文大腦研究所的成員，他是這篇論文的資深作者，今天發(fā)表在《自然》雜志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>一個驚人的發(fā)現</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>幾十年前，當科學家們首次發(fā)現沉默突觸時，它們主要存在于幼鼠和其他動物的大腦中。在早期發(fā)育階段，這些突觸被認為可以幫助嬰兒的大腦獲取大量信息，以了解他們的環(huán)境以及如何與環(huán)境互動。在小鼠中，這些突觸被認為會在12天大的時候消失(相當于人類生命的第一個月)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，一些神經科學家提出，沉默的突觸可能會持續(xù)到成年，并有助于新記憶的形成。這方面的證據已經在成癮的動物模型中看到，成癮被認為主要是一種異常學習障礙。</p> <p>&nbsp;</p> <p>哥倫比亞大學的Stefano Fusi和Larry Abbott在該領域的理論工作也提出，神經元必須表現出廣泛的不同的可塑性機制，以解釋大腦如何既能有效地學習新事物，又能將其保留在長期記憶中。在這種情況下，一些突觸必須很容易建立或修改，以形成新的記憶，而另一些則必須保持更穩(wěn)定，以保存長期記憶。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這項新研究中，麻省理工學院的研究小組并沒有專門去尋找沉默的突觸。相反，他們是在跟蹤Harnett實驗室之前的一項研究中一個有趣的發(fā)現。在那篇論文中，研究人員表明，在單個神經元中，樹突&mdash;&mdash;從神經元中突出的觸角狀延伸物&mdash;&mdash;可以以不同的方式處理突觸輸入，這取決于它們的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>作為研究的一部分，研究人員試圖測量不同樹突分支上的神經遞質受體，看看這是否有助于解釋它們行為的差異。為了做到這一點，他們使用了一種名為eMAP(表位保存的蛋白質組放大分析)的技術，這是鐘發(fā)明的。使用這種技術，研究人員可以物理擴展組織樣本，然后在樣本中標記特定的蛋白質，從而有可能獲得超高分辨率的圖像。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在進行成像的過程中，他們有了一個驚人的發(fā)現。&ldquo;我們看到的第一件事是，非常奇怪，我們沒有預料到，那里到處都是絲狀足，&rdquo;哈尼特說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>從樹突延伸出的薄膜突起，即絲狀足，以前也曾被發(fā)現過，但神經科學家并不清楚它們的確切作用。部分原因是絲狀足太小了，用傳統(tǒng)成像技術很難看到。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在觀察之后，麻省理工學院的研究小組開始嘗試使用eMAP技術在成人大腦的其他部分尋找絲狀足。令他們驚訝的是，他們在老鼠的視覺皮層和大腦的其他部分發(fā)現了絲狀偽足，其水平比之前發(fā)現的高10倍。他們還發(fā)現絲狀偽足有一種叫做NMDA受體的神經遞質受體，但沒有AMPA受體。</p> <p>&nbsp;</p> <p>一個典型的活躍的突觸有這兩種類型的受體，結合神經遞質谷氨酸。NMDA受體通常需要與AMPA受體合作傳遞信號，因為NMDA受體被神經元正常靜息電位的鎂離子阻斷。因此，當AMPA受體不存在時，只有NMDA受體的突觸不能通過電流，被稱為&ldquo;沉默&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>Unsilencing突觸</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>為了研究這些絲狀足是否可能是沉默的突觸，研究人員使用了一種被稱為膜片夾緊的實驗技術的改進版本。當他們試圖通過模仿鄰近神經元釋放神經遞質谷氨酸來刺激單個絲狀足時，這使得他們能夠監(jiān)測到絲狀足產生的電活動。</p> <p>&nbsp;</p> <p>使用這種技術，研究人員發(fā)現谷氨酸不會在接受輸入的絲狀足中產生任何電信號，除非NMDA受體在實驗上被暢通。研究人員說，這為絲狀足代表大腦內沉默突觸的理論提供了強有力的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員還表明，通過結合谷氨酸釋放和來自神經元體的電流，他們可以&ldquo;打破沉默&rdquo;這些突觸。這種聯合刺激導致沉默突觸中AMPA受體的積累，使其與附近釋放谷氨酸的軸突形成強烈連接。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員發(fā)現，將沉默的突觸轉化為活躍的突觸比改變成熟的突觸要容易得多。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;如果你從一個已經有功能的突觸開始，可塑性協議就不起作用了，&rdquo;Harnett說。&ldquo;成年人大腦中的突觸有一個更高的閾值，大概是因為你希望那些記憶非常有彈性。您不希望它們經常被覆蓋。另一方面，絲狀足可以被捕獲形成新的記憶。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>&ldquo;靈活而健壯&rdquo;</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員說，這些發(fā)現為Abbott和Fusi提出的理論提供了支持，該理論認為成年人的大腦中有高度可塑性的突觸，可以被招募來形成新的記憶。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;據我所知，這篇論文是第一個真正的證據，證明它是如何在哺乳動物的大腦中工作的，&rdquo;Harnett說。&ldquo;絲狀足使記憶系統(tǒng)既靈活又強健。你需要靈活性來獲取新信息，但你也需要穩(wěn)定性來保留重要信息。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員現在正在人類腦組織中尋找這些沉默突觸的證據。他們還希望研究這些突觸的數量或功能是否受衰老或神經退行性疾病等因素的影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;完全有可能，通過改變你在記憶系統(tǒng)中的靈活性，改變你的行為和習慣或吸收新信息會變得更加困難，&rdquo;哈尼特說。&ldquo;你也可以想象，找到一些與絲狀足有關的分子，并試圖操縱其中一些東西，以試圖隨著我們年齡的增長恢復靈活的記憶。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究由勃林格殷格翰基金會、美國國立衛(wèi)生研究院、麻省理工學院的詹姆斯W.和帕特里夏T.普瓦特拉斯基金、克林根斯坦-西蒙斯獎學金、瓦萊基金會獎學金和麥克奈特獎學金資助。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>