Science颠覆旧观点:学习不能单靠神经元

【字体: 时间:2014年10月20日 来源:生物通

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  十月十六日Science杂志上发表的一项研究指出,髓鞘改变在学习运动技能中起到了不容忽视的作用,髓鞘是神经元轴突上的绝缘层。无法生成髓鞘的基因工程小鼠,在学习新运动技能时比对照组差得多。

  

生物通报道:科学家们意外的发现,大脑胶质细胞(非神经元)生成新髓鞘的功能对于学习运动技能至关重要。

十月十六日Science杂志上发表的一项研究指出,髓鞘改变在学习运动技能中起到了不容忽视的作用,髓鞘是神经元轴突上的绝缘层。无法生成髓鞘的基因工程小鼠,在学习新运动技能时比对照组差得多。

“这篇文章清楚地表明,成年小鼠学习复杂运动技能时,必须有生成新髓鞘的能力,”密歇根大学的Gabriel Corfas说,他在本期Science杂志上撰写了有关这项研究的评论文章。

长期以来,人们一直认为学习只是神经元解剖学或功能改变的结果。这项研究挑战了这一观点,因为髓鞘是少突胶质细胞生成的。“这篇文章很引人注目,它告诉我们胶质细胞实际上承担着更重要的工作,”剑桥大学的Robin Franklin教授说。“现在越来越多的证据表明,胶质细胞在大脑中有着基础性的重要作用。”这项研究揭示了大脑获取信息时发生的改变,改变了人们对大脑工作机制的认识。

人类和大鼠的磁共振成象实验,将运动技能的学习与大脑白质的改变关联起来,白质由包裹着髓鞘的轴突组成的。不过,人们一直不清楚这些改变是怎样发生的。伦敦大学学院的William Richardson带领研究团队,在小鼠的少突胶质前体细胞中,选择性失活了编码髓鞘调节因子的Myrf基因。Myrf一般不在少突胶质前体细胞中表达,不过新少突胶质细胞分化时需要这个因子。“只有当前体细胞开始分化时Myrf才表达,如果Myrf缺失前体细胞就会卡在这一阶段,”Richardson说。换句话说,缺乏Myrf就无法形成新的少突胶质细胞,也就不会产生新的髓鞘。不过这不会影响已经存在的少突胶质细胞。

与一个拷贝Myrf失活的小鼠相比,两个拷贝都失活时胼胝体的新少突胶质细胞和髓鞘更少,胼胝体是连接大脑两个半球的区域,被髓鞘高度包裹而且与学习运动技能有关。缺乏Myrf的小鼠难以学会在复杂的轮子上奔跑。而正常小鼠能快就能学会这一技能,并且每天都在进步。(延伸阅读:Nature子刊:直接重编程帮助髓鞘再生

研究人员在删除Myrf之前让小鼠接触复杂的轮子。研究显示,对于已经学会这一技能的小鼠而言,Myrf丧失不会影响它们奔跑的速度,说明髓鞘影响的是学习而不是回忆或运动协调性。

“我们知道,当神经回路激活时神经元之间的突触会加固,这被认为是神经元学习的基础。这种突触加固被称为长时程增强,”Richardson说。“我们的研究显示,在学习过程中除了这一机制之外,活跃回路还需要被髓鞘覆盖。”

下一步,Richardson等人将会研究少突胶质细胞在其他学习类型中的作用。“找到学习过程涉及的新机制,能为人们提供新的干涉靶标,改善我们的学习能力,”Richardson说。了解髓鞘在学习过程中起到的作用,也能为脱髓鞘疾病提供帮助,比如多发性硬化症。

“这项研究是髓鞘研究和神经学领域的一个里程碑,”Franklin说。

 

生物通编辑:叶予

生物通推荐原文:

Motor skill learning requires active central myelination

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