致敬霍奇金-赫胥黎模型的发现：星形胶质细胞的酸反应

日本东北大学(Tohoku University)的研究人员发现，小鼠大脑中的星形胶质细胞在癫痫发作加剧时表现出酸反应。星形胶质细胞的酸反应可导致兴奋性神经元的扩增。

　　

               

癫痫局部脑环境动力学的光学分析。

日本东北大学(Tohoku University)的研究人员发现，小鼠大脑中的星形胶质细胞在癫痫发作加剧时表现出酸反应。星形胶质细胞的酸反应可能导致兴奋性神经元信号的放大，是产生癫痫发生可塑性的潜在驱动。

研究结果详细发表在2022年11月25日的《Brain 》杂志上。

大脑中的细胞可分为神经元和胶质细胞。星形胶质细胞是神经胶质细胞的一个主要亚型，控制着大脑局部的离子和代谢环境。

为了更好地了解星形胶质细胞和大脑环境，荧光传感器蛋白在小鼠星形胶质细胞中进行了基因表达。然后，研究人员将一根光纤植入小鼠大脑的外侧下丘脑，以发送兴奋光并记录荧光信号。通过分析新设计的纤维光度法记录的信号，评估星形胶质细胞的活性，并解剖局部脑环境变化的关键成分。

在最近的神经科学研究中，利用光学信号深入了解实验动物的活体大脑已被广泛应用。尽管星形胶质细胞占据了大脑的近一半，但它并不产生电信号，这意味着传统的脑电图研究不能用于研究星形胶质细胞的功能。传统的脑电图研究是用附着在头皮上的电极测量大脑的电活动。因此，研究人员转向光纤光度测定技术。

“神经胶质细胞参与大脑信息处理、可塑性和健康一直是一个谜，”日本东北大学超级网络大脑生理学实验室的Ko Matsui教授说，他领导了这项研究。“我们新创建的纤维光度法为理解健康和患病活体大脑中的神经胶质的生理学提供了一种途径。”

研究人员并不是第一个使用纤维光度测定技术的人，但之前的大多数研究都忽略了局部血容量和细胞质pH值变化对检测到的荧光信号的影响。然而，首席研究人员Yoko Ikoma博士、Matsui和他们的团队扩大了对检测到的荧光信号的分析，以提取尽可能多的当地环境参数。

“这项研究可以与霍奇金和赫胥黎在20世纪70年代的成就相媲美，”Matsui补充说。“他们从单个动作电位波形中剖析了Na+和K+通道激活的时间过程;同时我们能够从检测到的荧光信号中解剖Ca2+、pH值和局部脑血容量的变化。生理学的总体目标是理清被检测到的信号，揭示我们所能观察到的事物背后的本质真相。”

Ikoma说，他们的技术突破可以用来理解局部大脑环境变化在许多大脑病理中的作用。“一种旨在控制星形胶质细胞pH值的治疗策略不仅可能用于治疗癫痫，还可能用于治疗中风或创伤性脑损伤，甚至用于痴呆治疗中的记忆增强。”