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Nature驚人發(fā)現(xiàn):神經(jīng)元通訊無(wú)需突觸

日期:2012-11-23 08:03:23

十一月二十一日的Nature雜志上發(fā)表了一項(xiàng)新研究,顯示果蠅觸須中相鄰的嗅覺(jué)神經(jīng)元可以相互阻斷,即使二者并沒(méi)通過(guò)突觸直接相連。這種通訊手段被稱為ephaptic coupling神經(jīng)元通過(guò)電場(chǎng)使其鄰居沉默,而不是通過(guò)突觸傳遞神經(jīng)遞質(zhì)。

 

Ephaptic coupling這一理論已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史,不過(guò)人們還不清楚這種相互作用如何影響真實(shí)的生物行為,”領(lǐng)導(dǎo)該研究的耶魯大學(xué)生物學(xué)家John Carlson說(shuō)?!斑@一領(lǐng)域還是一塊處女地。”

 

2004年法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院INRAJean-Pierre Rospars就曾預(yù)測(cè),這類神經(jīng)元可能存在于果蠅的感覺(jué)器官。黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)觸須中的嗅覺(jué)神經(jīng)元位于充滿液體的sensilla感受器。每個(gè)感受器包含二到四個(gè)神經(jīng)元,這些神經(jīng)元分別對(duì)應(yīng)不同的氣味,并且以特定方式組合起來(lái)?!袄绮葺渡窠?jīng)元總是與梨味神經(jīng)元搭配在一起,”Carlson說(shuō)?!斑@些神經(jīng)元都很有特色,正因如此我們才能夠了解其組合形式?!?/SPAN>

 

Carlson的學(xué)生Chih-Ying Su針對(duì)ab3感受器進(jìn)行了研究,這種感受器包含兩個(gè)神經(jīng)元:對(duì)水果己酸甲酯敏感的ab3A,和檢測(cè)香蕉味2-庚酮的ab3B。研究人員將果蠅暴露在穩(wěn)定的己酸甲酯氣流中時(shí),A神經(jīng)元保持活性。隨后研究人員吹入短暫的2-庚酮?dú)饬鳎?/SPAN>B神經(jīng)元開(kāi)始峰放電,而A神經(jīng)元突然關(guān)閉,反之亦然。Su發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在果蠅另外四種感受器和瘧蚊Anopheles gambiae的一種感受器中。

 

盡管感受器中的神經(jīng)元并不通過(guò)突觸相連,但它們之間存在著明顯的相互作用。Su進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一點(diǎn),他采用了阻斷突觸通訊的化合物,發(fā)現(xiàn)盡管相鄰神經(jīng)元的峰放電模式并不協(xié)調(diào),盡管切斷了觸須與任何中樞神經(jīng)的聯(lián)系,這些神經(jīng)元還是可以相互抑制。這些神經(jīng)元很可能通過(guò)周圍的液體來(lái)通訊,當(dāng)一個(gè)神經(jīng)元被激活時(shí),它生成電場(chǎng)直接改變了通過(guò)另一神經(jīng)元的離子流,并關(guān)閉了其電活動(dòng)。

 

人們?cè)?jīng)在大鼠小腦中的神經(jīng)元(Purkinje cell浦肯野細(xì)胞)發(fā)現(xiàn)過(guò)ephaptic coupling現(xiàn)象,不過(guò)沒(méi)人知道這種相互作用有何影響,而現(xiàn)在研究顯示這類作用足以影響果蠅的行為。

 

隨后研究人員對(duì)另一種感受器進(jìn)行了研究,這種感受器中的一個(gè)神經(jīng)元吸引著果蠅對(duì)蘋(píng)果醋的注意力,而另一個(gè)神經(jīng)元讓果蠅規(guī)避二氧化碳。Su阻斷了醋味神經(jīng)元的信號(hào)傳導(dǎo),使果蠅不被醋所吸引,但仍保持果蠅對(duì)二氧化碳的厭惡。隨后他把這些果蠅放到迷宮中,迷宮的兩條路都有二氧化碳,不過(guò)其中一條也有醋味,這時(shí)果蠅會(huì)選擇有醋味的路。但在沒(méi)有二氧化碳的情況下,果蠅并不會(huì)選擇有醋味的道路。研究指出,盡管切斷了果蠅醋味神經(jīng)元與大腦的聯(lián)系,這種神經(jīng)元依然可以抑制附近的二氧化碳神經(jīng)元,當(dāng)空氣中同時(shí)含有兩種化合物時(shí),果蠅不再排斥二氧化碳。

 

這項(xiàng)研究可能徹底改變?nèi)藗儗?duì)化合物感知的理解,例如嗅覺(jué)和味覺(jué)。多年以來(lái),人們認(rèn)為大腦負(fù)責(zé)整合各種神經(jīng)元的應(yīng)答,而神經(jīng)元負(fù)責(zé)檢測(cè)不同化學(xué)物質(zhì)。而這項(xiàng)研究顯示,果蠅神經(jīng)元能夠通過(guò)ephaptic coupling在信號(hào)傳到大腦之前處理嗅覺(jué)信息。

 

同樣的情況也可能存在于人體內(nèi),舉例來(lái)說(shuō),我們味蕾中神經(jīng)元的組織形式就與果蠅感受器類似。在我們享用食物時(shí),是否發(fā)生著ephaptic coupling呢?“這一啟示很有趣,我希望人們能在這方面進(jìn)一步深入研究,”Carlson說(shuō)。

 

Carlson指出,這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也具有實(shí)用價(jià)值,傳播疾病和以農(nóng)作物為食的害蟲(chóng)都是通過(guò)嗅覺(jué)來(lái)尋找宿主和食物?!霸诂F(xiàn)實(shí)世界嗅覺(jué)非常重要,”他說(shuō)?!叭绻軌蛲ㄟ^(guò)激活其他神經(jīng)元來(lái)抑制害蟲(chóng)尋找宿主或農(nóng)作物,將會(huì)有很大幫助?!?/SPAN>

 


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