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科學(xué)家揭示腦神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生機(jī)制 神經(jīng)通路重組形式不同

發(fā)布時間:2016-08-15
人腦中大量的神經(jīng)細(xì)胞由腦神經(jīng)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化得來。胎兒大腦在卵子受精后幾天便開始發(fā)育,出生前平均每分鐘約有25萬個神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生。等到出生一刻,嬰兒大腦中已有約1萬億個神經(jīng)細(xì)胞等待外界信息的輸入。
近日,德國科學(xué)家一項新研究揭示了腦神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的機(jī)制。新發(fā)現(xiàn)意味著人們有可能控制腦神經(jīng)干細(xì)胞分化成腦神經(jīng)細(xì)胞的過程,這為腦瘤的**帶來了希望。
神經(jīng)干細(xì)胞首先需要自我增殖,才能繼而分化成神經(jīng)細(xì)胞或用于支撐和分割神經(jīng)細(xì)胞的膠質(zhì)細(xì)胞。增殖與分化的過程必須維持平衡,一旦打破,便可能產(chǎn)生腦瘤等致命后果。為避免這種情況,整個過程需要嚴(yán)格控制。
德國波恩大學(xué)和德國神經(jīng)退行性**中心的研究人員發(fā)現(xiàn),神經(jīng)干細(xì)胞增殖與分化過程中涉及了兩種功能迥異且相互抑制的物質(zhì):一種名為“Notch”,主要確保神經(jīng)干細(xì)胞能夠自我復(fù)制,且不分化為神經(jīng)細(xì)胞或膠質(zhì)細(xì)胞;另一種名為“miR-9/9*”,會阻礙神經(jīng)干細(xì)胞增殖,同時促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)細(xì)胞。
研究人員認(rèn)為,這兩種物質(zhì)分別主管神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化,共同作用保證了神經(jīng)干細(xì)胞以*佳狀態(tài)分化成神經(jīng)細(xì)胞。研究人員希望在此研究的基礎(chǔ)上,未來可以控制大腦的細(xì)胞替換,從而**腦瘤等**。這項研究將發(fā)表在美國專業(yè)期刊《干細(xì)胞報告》上。
人和動物為何要睡眠?這個問題在生理學(xué)上仍是個謎。美國布蘭迪斯大學(xué)研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn),腦內(nèi)有一種內(nèi)穩(wěn)平衡機(jī)制,其只發(fā)生在動物清醒時,在動物睡眠時會被抑制。而以往的研究認(rèn)為,內(nèi)穩(wěn)平衡機(jī)制在清醒時不起作用,在睡眠中才會恢復(fù)。
解釋睡眠的神經(jīng)科學(xué)理論目前主要有兩種:一種稱為“記憶鞏固”理論,認(rèn)為在睡眠時,大腦會在“后臺”重播記憶;另一種稱為“內(nèi)穩(wěn)平衡”理論,認(rèn)為腦中存在一種自我平衡的原狀穩(wěn)態(tài),稱為“內(nèi)穩(wěn)態(tài)”,睡眠對于腦網(wǎng)絡(luò)活動恢復(fù)內(nèi)穩(wěn)態(tài)非常重要。在清醒活動時,這種內(nèi)穩(wěn)態(tài)是被擾亂的。這種機(jī)制由布蘭迪斯大學(xué)研究人員*早提出。
內(nèi)穩(wěn)機(jī)制通過保持一種平均的放電率,使神經(jīng)線路保持功能穩(wěn)定,就像恒溫器保持室內(nèi)溫度。所謂腦部可塑性,是指腦按照新經(jīng)驗對神經(jīng)通路進(jìn)行重組的能力。為了研究動物清醒時各種行為的腦部塑造和內(nèi)穩(wěn)塑造之間有無交叉,布蘭迪斯大學(xué)生物學(xué)教授吉娜·特里簡諾團(tuán)隊開發(fā)了新的算法,完整記錄了小鼠9天的腦活動,不間斷地跟蹤單個神經(jīng)元活動超過200小時,以評估生理節(jié)奏和行為對神經(jīng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)的影響。
研究團(tuán)隊發(fā)表在近期《細(xì)胞》雜志上的論文稱,實驗*終證明,內(nèi)穩(wěn)平衡基本只發(fā)生在動物清醒時,在睡眠時是被抑制的。自覺主動地保持清醒,會加強(qiáng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)恢復(fù)期間的放電率,延長自然清醒的周期。當(dāng)動物保持清醒,內(nèi)穩(wěn)平衡作用會被進(jìn)一步強(qiáng)化。
這些發(fā)現(xiàn)提出了新的可能性,即大腦的可塑性還有另一種形式,就像記憶鞏固那樣,內(nèi)穩(wěn)平衡塑造也是一種,這些形式可能只是暫時分離,以防止互相干擾。此外,這一發(fā)現(xiàn)還有助深入研究行為、環(huán)境和生理節(jié)奏對腦部內(nèi)穩(wěn)態(tài)塑造機(jī)制的影響。
一組來自中國和歐洲的研究人員對**現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的分析,研究**是如何影響大腦中認(rèn)知、感情和感知部分的。
研究對比了23名**人員和正常睡眠人員的腦部成像結(jié)果。研究人員主要關(guān)注的是大腦的白質(zhì)體積。白質(zhì)體積能夠體現(xiàn)被稱為髓鞘質(zhì)的一種附在特殊蛋白質(zhì)上的神經(jīng)細(xì)胞,這種神經(jīng)細(xì)胞能提高細(xì)胞間傳送信號的能力。早期的大腦圖像研究表明,**人士大腦中特定部分的差異可能是由于缺少髓鞘質(zhì)所致。
研究人員發(fā)現(xiàn),**人員(指有超過一個月時間的睡眠問題,白天困倦以及有睡眠障礙的人)與睡眠正常的人相比,其白質(zhì)間關(guān)聯(lián)明顯更少,尤其是控制睡眠和清醒的區(qū)域。據(jù)推測,這些區(qū)域之間的信號干擾現(xiàn)象是由神經(jīng)元周圍的髓鞘質(zhì)減少導(dǎo)致的,因此他們之間的活躍度和關(guān)聯(lián)度降低。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),事實上**人員會失去83%也就是5/6的神經(jīng)徑,這些神經(jīng)徑大多數(shù)位于大腦右側(cè),即控制情感及思考功能和像光感、嗅覺和觸覺這類感知功能的區(qū)域。未來還需要進(jìn)行更多的研究來說明是什么可能導(dǎo)致**人員的大腦差異。目前,科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)控制老鼠大腦神經(jīng)細(xì)胞,可以增強(qiáng)或者刪除特殊記憶內(nèi)容,未來將有助于**癡呆癥患者。
不久的將來科學(xué)家可能消除人類大腦*不易忘懷的記憶內(nèi)容,目前,美國石溪大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)一種操控老鼠大腦神經(jīng)細(xì)胞的方法,可以增強(qiáng)或者刪除特殊記憶。
這項發(fā)現(xiàn)有助于研制新的方法增強(qiáng)癡呆癥患者的快樂記憶,或者緩解創(chuàng)傷后壓力癥。通常情況下,科學(xué)家認(rèn)為情緒記憶與杏仁核密切相關(guān),雖然這種控制記憶的機(jī)制仍是一個謎團(tuán)。在這項近期研究中,研究人員使用老鼠的一種恐懼基礎(chǔ)模型測試潛在的記憶機(jī)制,研究小組對乙酰膽堿進(jìn)行操控,這是大腦組織的一種神經(jīng)遞質(zhì),相當(dāng)于一種記憶信號傳遞機(jī)制。
神經(jīng)遞質(zhì)通過膽堿能神經(jīng)元傳遞至杏仁核,它存在于大腦組織之中,當(dāng)杏仁核內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)逐漸增多時,情緒記憶將被增強(qiáng)。為了模擬特殊的膽堿能神經(jīng)元,研究人員使用光線控制活體組織細(xì)胞,這種方法叫做“光遺傳法”。
石溪大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)和行為學(xué)系主任洛娜·羅萊(Lorna Role)博士說:“情緒變化體驗的記憶非常強(qiáng),是積極還是消極效果,我們的研究目標(biāo)將確定記憶強(qiáng)度相關(guān)的機(jī)制?!彼麄儼l(fā)現(xiàn)當(dāng)創(chuàng)傷記憶形成時,杏仁核釋放的乙酰膽堿將增多,伴隨著該記憶逐漸增強(qiáng),記憶持續(xù)時間將是普通記憶的兩倍。
但在創(chuàng)傷經(jīng)歷過程中,乙酰膽堿傳遞信息將逐漸減弱,洛娜博士解釋稱,這是非常令人驚奇的發(fā)現(xiàn),意味著通過控制大腦乙酰膽堿環(huán)路將形成“無畏老鼠”。
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