神經(jīng)細胞通過突觸彼此交流。近日，發(fā)表在《Nature》上的一項研究中，來自蘇黎世大學(xué)神經(jīng)信息學(xué)研究所和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Kevan Martin實驗室的研究團隊發(fā)現(xiàn)，這些聯(lián)系似乎比以前認為的要強大得多。突觸越大，傳遞的信號就越強。這些發(fā)現(xiàn)將有助于更好地了解大腦功能以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病是如何產(chǎn)生的。
新皮質(zhì)是大腦的一部分，人類用它來處理感官印象、儲存記憶、給肌肉發(fā)出指令以及計劃未來。這些計算過程之所以成為可能，是因為每個神經(jīng)細胞都是一個高度復(fù)雜的微型計算機，可以與大約10000個其他神經(jīng)元進行通信，這種交流是通過突觸的特殊連接進行的。
這項研究首次證明，突觸的大小決定了其信息傳輸?shù)膹姸?。在這項研究中，研究人員首先測量了兩個相連神經(jīng)細胞之間突觸的電流強度。為此，他們準(zhǔn)備了小鼠的大腦切片，在顯微鏡下將玻璃微電極插入相鄰的新皮質(zhì)神經(jīng)細胞中。這使得研究人員可以人工激活其中一個神經(jīng)細胞，同時測量另一個細胞產(chǎn)生的突觸脈沖強度。他們還將染料注入兩個神經(jīng)元中，以在光學(xué)顯微鏡下三維地重建其分支過程。
由于突觸非常微小，研究人員利用高分辨率電子顯微鏡來可靠地識別和精確測量神經(jīng)元的接觸點。首先，在光學(xué)顯微鏡重建中，他們標(biāo)記了在傳遞信號過程中，轉(zhuǎn)發(fā)信號的神經(jīng)元細胞與接受信號的神經(jīng)元細胞過程之間的所有接觸點，然后在電子顯微鏡下識別了兩個神經(jīng)細胞之間的所有突觸。他們將這些突觸的大小與其之前測量的突觸脈沖相關(guān)聯(lián)。研究人員發(fā)現(xiàn)，突觸脈沖的強度與突觸的大小直接相關(guān)。這種相關(guān)性可以根據(jù)測量到的突觸大小來判斷信息傳遞的強度。研究人員解釋說，這可以讓科學(xué)家們使用電子顯微鏡來精確繪制新皮質(zhì)的“線路圖”，然后在電腦上模擬并解釋這些線路圖中的信息流。這類研究將有助于更好地理解大腦在正常情況下是如何運作的，以及“線路缺陷”是如何導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育障礙的。
該研究團隊還解決了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域另一個長期存在的難題：到目前為止，傳統(tǒng)的理論是，當(dāng)突觸被激活時，只有一個充滿神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡被釋放。研究人員使用一種新的數(shù)學(xué)分析來證明每個突觸實際上都有幾個位點，可以同時釋放囊泡，這意味著突觸要復(fù)雜得多因此，整個大腦皮層的計算能力和存儲能力似乎比以前認為的要強大得多，今后我們也可以更動態(tài)地調(diào)節(jié)信號強度。
公眾號
小程序
微信咨詢
