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记忆依赖于星形胶质细胞 这是大脑中鲜为人知的细胞

当你期待某样东西时——比如你在餐馆点的菜——或者当某样东西吸引了你的兴趣时,独特的电子节奏就会在你的大脑中闪现。

记忆依赖于星形胶质细胞 这是大脑中鲜为人知的细胞

这些波被称为伽马振荡,它们反映了细胞的交响乐——兴奋性和抑制性——以一种协调的方式一起演奏。尽管伽玛波的作用还存在争议,但它与较高水平的大脑功能有关,这种模式的紊乱与精神分裂症、阿尔茨海默氏症、自闭症、癫痫和其他疾病有关。

现在,索尔克研究所的新研究表明,大脑中鲜为人知的支持细胞,即星形胶质细胞,实际上可能是控制这些波的主要角色。

在7月28日发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一项研究中,索尔克大学的研究人员报告了一项新的、出人意料的策略,通过使传统上被认为在大脑中发挥更大支持作用的星形细胞类型失去功能,而不是神经元,来抑制伽马振荡。在这个过程中,研究小组发现星形胶质细胞,以及它们帮助形成的伽马振荡,对某些记忆形式至关重要。

“这可以被称为确凿的证据,”合著者泰伦斯·塞诺维斯基(Terrence Sejnowski)说。塞诺斯基是索尔克生物科学研究所(Salk Institute for Biological Sciences)计算神经生物学实验室的负责人,也是霍华德·休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)的研究员。有数百篇论文将伽马振荡与注意力和记忆联系起来,但它们都是相互关联的。这是我们第一次能够做一个因果实验,在这个实验中,我们选择性地阻止了伽马振荡,并证明它对大脑与世界的互动方式有非常具体的影响。

索尔克大学教授Sejnowski、Inder Verma和Stephen Heinemann的实验室合作发现,星形胶质细胞中钙信号的活动先于老鼠大脑中的伽玛振荡。这表明,星形胶质细胞可能会影响这些振荡。星形胶质细胞与神经元使用许多相同的化学信号。

为了验证他们的理论,研究小组使用一种携带破伤风毒素的病毒来阻止星形胶质细胞选择性释放化学物质,从而有效地消除了细胞与邻近细胞的交流能力。神经元不受毒素的影响。

研究人员在动物的大脑中加入一种化学物质来触发伽玛波后发现,受损星形胶质细胞的脑组织产生的伽玛波比含有健康细胞的组织产生的伽玛波要短。在添加了三种基因后,研究人员可以随意选择性地在星形胶质细胞中打开或关闭破伤风毒素。关闭毒素可以逆转这种效果。

带有改良星形胶质细胞的小鼠似乎非常健康。但是经过几次认知测试,研究人员发现他们在一个主要领域失败了:新奇的物体识别。正如预期的那样,一只健康的老鼠花在新事物上的时间比它在熟悉事物上的时间要多。

相比之下,该小组的新突变小鼠对所有对象的处理都是一样的。“这是一个惊人的结果,因为新奇的物体识别记忆不仅受损,而且消失了——就好像我们正在删除这一种记忆形式,而保留其他形式的完整,”Sejnowski说。

结果令人惊讶,部分原因是星形胶质细胞的工作时间是一秒或更长,而神经元的信号传递速度要快得多,是毫秒级的。由于速度较慢,没有人怀疑星形胶质细胞参与了快速决策所需的高速大脑活动。

“我认为非常独特的是,传统上认为只有神经元和其他细胞的监护人和支持者的星形胶质细胞,也参与信息处理和其他认知行为,”美国癌症学会(American Cancer Society)教授、遗传学实验室教授维尔马(Verma)说。

并不是说星形胶质细胞速度快——它们仍然比神经元慢。但是新的证据表明星形胶质细胞正在积极地为伽马波的发生提供合适的环境,这反过来又使大脑更有可能学习和改变其神经元连接的强度。

Sejnowski说,行为结果只是冰山一角。“识别系统非常重要,”他说,并补充说,它包括识别其他人、地点、事实和过去发生的事情。他补充说,有了这个新发现,科学家们可以更好地理解伽玛波在识别记忆中的作用。

合作者包括韩国首尔西江大学生命科学系的Hosuk Sean Lee;索尔克分子神经生物学实验室的Andrea Ghetti, Gustavo Dziewczapolski和Juan C. Pina-Crespo;葡萄牙里斯本大学药理学和神经科学研究所、医学院和分子医学神经科学研究所的Antonio Pinto-Duarte;索尔克计算神经生物学实验室的王欣;意大利萨萨里大学萨萨里医学院索尔克生物医学科学系/生物结构研究中心的弗朗西斯科·加利米;加州拉霍亚市斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)小鼠行为评估核心项目的萨尔瓦多·惠特伦·雷森迪兹(Salvador huiton - resendiz)和阿曼达·j·罗伯茨(Amanda J. Roberts)。

索尔克创新支持的工作是格兰特,卡夫创新研究奖,一个张Gulbenkian基金会奖学金,生命科学研究基金会辉瑞奖学金,大脑和行为研究基金会,邦迪基金会卡雷拉斯国际白血病基金会,Pew慈善信托基金,国家科学基金会,霍华德•休斯医学研究所,美国海军研究办公室,美国国立卫生研究院。

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