科学家揭示脑神经细胞产生机制 神经通路重组形式不同
2016-08-14 15:13:40   来源:中国科技网
内容摘要
近日,德国科学家一项新研究揭示了脑神经细胞产生的机制。新发现意味着人们有可能控制脑神经干细胞分化成脑神经细胞的过程,这为脑瘤的治疗带来了希望。大脑的可塑性还有另一种形式,就像记忆巩固那样,内稳平衡塑造也是一种。

科学家揭示脑神经细胞产生机制 神经通路重组形式不同 IT科技年


人脑中大量的神经细胞由脑神经干细胞转化得来。胎儿大脑在卵子受精后几天便开始发育,出生前平均每分钟约有25万个神经细胞产生。等到出生一刻,婴儿大脑中已有约1万亿个神经细胞等待外界信息的输入。

近日,德国科学家一项新研究揭示了脑神经细胞产生的机制。新发现意味着人们有可能控制脑神经干细胞分化成脑神经细胞的过程,这为脑瘤的治疗带来了希望。

神经干细胞首先需要自我增殖,才能继而分化成神经细胞或用于支撑和分割神经细胞的胶质细胞。增殖与分化的过程必须维持平衡,一旦打破,便可能产生脑瘤等致命后果。为避免这种情况,整个过程需要严格控制。

德国波恩大学和德国神经退行性疾病中心的研究人员发现,神经干细胞增殖与分化过程中涉及了两种功能迥异且相互抑制的物质:一种名为“Notch”,主要确保神经干细胞能够自我复制,且不分化为神经细胞或胶质细胞;另一种名为“miR-9/9*”,会阻碍神经干细胞增殖,同时促进神经干细胞分化为神经细胞。

研究人员认为,这两种物质分别主管神经干细胞的增殖与分化,共同作用保证了神经干细胞以最佳状态分化成神经细胞。研究人员希望在此研究的基础上,未来可以控制大脑的细胞替换,从而治疗脑瘤等疾病。这项研究将发表在美国专业期刊《干细胞报告》上。


脑神经通路重组或有不同形式

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人和动物为何要睡眠?这个问题在生理学上仍是个谜。美国布兰迪斯大学研究人员通过实验发现,脑内有一种内稳平衡机制,其只发生在动物清醒时,在动物睡眠时会被抑制。而以往的研究认为,内稳平衡机制在清醒时不起作用,在睡眠中才会恢复。

解释睡眠的神经科学理论目前主要有两种:一种称为“记忆巩固”理论,认为在睡眠时,大脑会在“后台”重播记忆;另一种称为“内稳平衡”理论,认为脑中存在一种自我平衡的原状稳态,称为“内稳态”,睡眠对于脑网络活动恢复内稳态非常重要。在清醒活动时,这种内稳态是被扰乱的。这种机制由布兰迪斯大学研究人员最早提出。

内稳机制通过保持一种平均的放电率,使神经线路保持功能稳定,就像恒温器保持室内温度。所谓脑部可塑性,是指脑按照新经验对神经通路进行重组的能力。为了研究动物清醒时各种行为的脑部塑造和内稳塑造之间有无交叉,布兰迪斯大学生物学教授吉娜·特里简诺团队开发了新的算法,完整记录了小鼠9天的脑活动,不间断地跟踪单个神经元活动超过200小时,以评估生理节奏和行为对神经内稳态的影响。

研究团队发表在近期《细胞》杂志上的论文称,实验最终证明,内稳平衡基本只发生在动物清醒时,在睡眠时是被抑制的。自觉主动地保持清醒,会加强内稳态恢复期间的放电率,延长自然清醒的周期。当动物保持清醒,内稳平衡作用会被进一步强化。

这些发现提出了新的可能性,即大脑的可塑性还有另一种形式,就像记忆巩固那样,内稳平衡塑造也是一种,这些形式可能只是暂时分离,以防止互相干扰。此外,这一发现还有助深入研究行为、环境和生理节奏对脑部内稳态塑造机制的影响。


夜里睡不着是因为缺少某种脑神经细胞

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一组来自中国和欧洲的研究人员对失眠现象进行了详细的分析,研究失眠是如何影响大脑中认知、感情和感知部分的。

研究对比了23名失眠人员和正常睡眠人员的脑部成像结果。研究人员主要关注的是大脑的白质体积。白质体积能够体现被称为髓鞘质的一种附在特殊蛋白质上的神经细胞,这种神经细胞能提高细胞间传送信号的能力。早期的大脑图像研究表明,失眠人士大脑中特定部分的差异可能是由于缺少髓鞘质所致。

研究人员发现,失眠人员(指有超过一个月时间的睡眠问题,白天困倦以及有睡眠障碍的人)与睡眠正常的人相比,其白质间关联明显更少,尤其是控制睡眠和清醒的区域。据推测,这些区域之间的信号干扰现象是由神经元周围的髓鞘质减少导致的,因此他们之间的活跃度和关联度降低。

科学家们发现,事实上失眠人员会失去83%也就是5/6的神经径,这些神经径大多数位于大脑右侧,即控制情感及思考功能和像光感、嗅觉和触觉这类感知功能的区域。未来还需要进行更多的研究来说明是什么可能导致失眠人员的大脑差异。


操控老鼠脑神经细胞可增强和删除其部分记忆

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    目前,科学家研究发现控制老鼠大脑神经细胞,可以增强或者删除特殊记忆内容,未来将有助于治疗痴呆症患者。

不久的将来科学家可能消除人类大脑最不易忘怀的记忆内容,目前,美国石溪大学研究人员发现一种操控老鼠大脑神经细胞的方法,可以增强或者删除特殊记忆。

    这项发现有助于研制新的方法增强痴呆症患者的快乐记忆,或者缓解创伤后压力症。通常情况下,科学家认为情绪记忆与杏仁核密切相关,虽然这种控制记忆的机制仍是一个谜团。在这项近期研究中,研究人员使用老鼠的一种恐惧基础模型测试潜在的记忆机制,研究小组对乙酰胆碱进行操控,这是大脑组织的一种神经递质,相当于一种记忆信号传递机制。

    神经递质通过胆碱能神经元传递至杏仁核,它存在于大脑组织之中,当杏仁核内神经递质逐渐增多时,情绪记忆将被增强。为了模拟特殊的胆碱能神经元,研究人员使用光线控制活体组织细胞,这种方法叫做“光遗传法”。

    石溪大学医学院神经生物学和行为学系主任洛娜·罗莱(Lorna Role)博士说:“情绪变化体验的记忆非常强,是积极还是消极效果,我们的研究目标将确定记忆强度相关的机制。”他们发现当创伤记忆形成时,杏仁核释放的乙酰胆碱将增多,伴随着该记忆逐渐增强,记忆持续时间将是普通记忆的两倍。

    但在创伤经历过程中,乙酰胆碱传递信息将逐渐减弱,洛娜博士解释称,这是非常令人惊奇的发现,意味着通过控制大脑乙酰胆碱环路将形成“无畏老鼠”。

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