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Nature展現(xiàn)大腦中的平衡藝術(shù)

日期:2014-06-24 09:31:17

 

加州大學(xué)圣迭戈醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們,發(fā)現(xiàn)了大腦維持內(nèi)部平衡的一個(gè)基礎(chǔ)機(jī)制,這一成果于六月二十二日提前發(fā)表在Nature雜志的網(wǎng)站上。

 

大腦中的神經(jīng)元會收到大量來自興奮神經(jīng)元的刺激信號,同時(shí)也會收到抑制神經(jīng)元發(fā)送的信號。研究人員指出, 對于接收信號的單個(gè)神經(jīng)元而言,這兩種信號的總量需要保持一個(gè)恒定的比例,即E/I

 

研究顯示,在小鼠大腦皮層的神經(jīng)元中,給定時(shí)間的E/I比是一個(gè)常數(shù)。由于哺乳動物的大腦基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在種屬之間高度保守,很可能人類大腦也存在著這樣的情況。

 

“大腦中的神經(jīng)元同時(shí)受到剎車和加速裝置的控制,”文章的共同作者,Massimo Scanziani教授說。“也就是說,你不可能純粹通過興奮性神經(jīng)元或抑制性神經(jīng)元來進(jìn)行刺激。”

 

“興奮性信號和抑制性信號處于一場拉鋸戰(zhàn)中,這雖然看起來很奇怪,但實(shí)際上卻非常巧妙。在此基礎(chǔ)上,大腦能夠極其微妙地控制神經(jīng)元對刺激的應(yīng)答。”Scanziani說。舉例來說,刺激和抑制一直彼此關(guān)聯(lián),就可以避免神經(jīng)元出現(xiàn)永久性活化或沉默(抑制)。

 

研究人員通過實(shí)驗(yàn)揭示了,大腦維持E/I比的具體機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn),這種調(diào)控是由抑制性神經(jīng)元執(zhí)行的,抑制性神經(jīng)元會根據(jù)興奮性刺激,適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)或削弱抑制性突觸。突觸是兩個(gè)神經(jīng)元之間的連接處,信號在此處被放大的程度就是突觸強(qiáng)度。

 

“我們的研究顯示,抑制性神經(jīng)元是大腦中的主要調(diào)控者,負(fù)責(zé)確保抑制性突觸與細(xì)胞收到的興奮性刺激相匹配,”Scanziani解釋道。舉例來說,如果一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞收到的興奮性刺激加倍了,那么在幾天內(nèi)抑制性突觸的強(qiáng)度也會隨之翻番。

 

研究人員認(rèn)為,自閉癥、癲癇和精神分裂癥等神經(jīng)疾病都與大腦保持理想E/I比的能力有關(guān)。此外,帕金森癥、亨廷頓舞蹈病等一些神經(jīng)退行性疾病,也很可能與E/I平衡發(fā)生改變有關(guān)。

 

E/I平衡被打破,會完全改變我們對世界的感知,”Scanziani說。“我們將無法正確調(diào)節(jié)和適應(yīng)日常生活中的各種刺激。E/I失衡最容易在社交互動中引起注意,因?yàn)樯缃换顒有枰貏e微妙的神經(jīng)元調(diào)節(jié)。”

 

研究的第一作者Minghan Xue指出,“現(xiàn)在我們知道了正常到腦調(diào)控E/I平衡的具體機(jī)制,可以著手解決疾病狀態(tài)中出現(xiàn)的相關(guān)問題,為通過治療手段恢復(fù)大腦平衡奠定基礎(chǔ)。”

 

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