神经元-胶质细胞超级网络之间的信号耦合可能导致记忆形成

【字体: 时间:2021年03月02日 来源:Tohoku University

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  科学家发现,神经胶质细胞是突触信号的放大器,人工控制神经胶质状态有可能用于增强大脑的记忆功能。

  

东北大学的科学家已经证明,神经元和神经胶质回路在大脑中形成一个松散耦合的超级网络。神经元中代谢型谷氨酸受体的激活在很大程度上受胶质细胞状态的影响。因此,人工控制胶质细胞的状态有可能被用来增强大脑的记忆功能。

这一发现公布在《生理学杂志》上。

尽管胶质细胞占据了大脑的一半以上,但它们被认为是一种粘合剂,只是填补了神经元之间的空隙。然而,最近的发现表明,神经胶质细胞内的离子浓度,如钙和质子,会随着时间的推移而波动。

“神经胶质细胞似乎有编码信息的能力,”领导这项研究的东北大学超级网络脑生理学实验室的Ko Matsui教授说,“然而,在神经胶质回路中编码的附加信号层的作用一直是个谜。”

利用膜片钳电生理技术在小鼠急性脑切片中的应用,Kaoru-Beppu博士和他们的团队表明,小脑中的神经胶质细胞对神经元突触释放的兴奋性递质谷氨酸有反应。然后,胶质细胞释放额外的谷氨酸盐作为回报。因此,这些胶质细胞有效地起到兴奋性信号放大器的作用。

胶质细胞释放的额外谷氨酸能有效地激活浦肯野神经元上的代谢型谷氨酸受体——这是小脑运动学习所必需的。前馈兴奋的量是由胶质细胞的细胞内pH值控制的。

“根据我们的精神状态,同样的经历可能成为持久的记忆,也可能消失,”松井说在这项研究中,光敏感蛋白在胶质细胞中的基因表达可以随意控制它们的pH值。这种光遗传学技术很难应用于人类患者。”虽然临床应用需要很长时间,但可以想象未来的治疗策略是针对神经胶质细胞来控制其pH值,从而增强记忆,从而治疗痴呆症。

原文标题:

Kaoru Beppu, Naoko Kubo, Ko Matsui. Glial amplification of synaptic signals. The Journal of Physiology, 2021; DOI: 10.1113/JP280857



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