意外发现大脑突触连接保持年轻的密码

【字体: 时间:2021年07月22日 来源:Nature Communications

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  EPFL的研究人员发现,随着动物年龄的增长,一种长期被认为是“背景噪音”的神经元与神经元之间的通信需要保持神经连接的完整。这一发现表明,这种类型的神经交流缺陷可能导致神经退行性疾病和其他大脑疾病。

  

   

神经元通过快速的电信号进行交流,电信号调节神经递质的释放,神经递质是大脑的化学信使。电信号一旦通过一个神经元传递,就会与另一个神经元相连,即突触,释放充满神经递质的液滴,将信息传递到下一个神经元。这种神经元间的交流被称为诱发神经传递。

然而,即使在没有电脉冲的情况下,一些充满神经递质的液滴也会在突触上释放。神经遗传与疾病实验室主任、EPFL大脑心理研究所教授Brian McCabe说,这些微型释放事件长期以来被认为是“背景噪音”(minis)。

但一些研究表明,minis确实有一个功能,而且是一个重要的功能。例如,2014年,McCabe和他的团队证明了微型神经元对突触的发育非常重要。McCabe说,如果大脑中的神经元是一个计算机网络,那么诱发释放就是机器交换信息的数据包,而minis则是pings——决定两台计算机之间是否有连接的简短电子信号。“Minis是神经元用来表示‘我连接上了’的脉冲。”

为了评估minis是否能在成熟的神经系统中发挥作用,McCabe团队的博士后Soumya Banerjee和他的同事们开始研究果蝇中控制运动的一系列神经元。研究人员发现,随着这些昆虫年龄的增长,它们的突触开始分解成更小的碎片。(类似的过程也发生在包括人类在内的衰老哺乳动物身上。)当神经连接中断时,诱发神经传递和微型神经传递都被抑制,果蝇表现出运动问题,比如爬塑料瓶壁的能力下降。

接下来,研究小组评估了刺激或抑制诱发和微型神经传递的效果。当这两种类型的神经传递都被阻断时,突触就会过早老化,这表明在衰老或与年龄相关的神经疾病中,神经传递的变化在突触开始崩溃之前就发生了。McCabe说,这一发现颠覆了神经科学中长期存在的观点。他说:“长期以来,人们一直认为神经突触的结构发生了破坏,从而导致了神经突触的功能变化,但我们发现情况正好相反。”

研究人员发现,单独刺激诱发的神经传递对老化的突触没有影响。然而,增加minis的频率可以使突触保持完整,使中年果蝇的运动能力保持在与年轻果蝇相当的水平。McCabe说:“所有衰老动物的运动能力都会下降,包括人类,所以看到我们能够改变这一点是令人高兴的惊喜。”

这项发表在《Nature Communications》杂志上的发现可能对人类健康有重要的影响:迄今为止研究的每一种类型的突触中都发现了微型神经传递的缺陷,而且微型神经传递的缺陷与儿童的一系列神经发育障碍有关。弄清楚减少微型神经传递是如何改变突触结构的,以及这反过来又是如何影响行为的,可能有助于更好地理解神经退行性疾病和其他大脑状况。

Miniature neurotransmission is required to maintain Drosophila synaptic structures during ageing

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