Science：树突才是学习和记忆的关键

在这张大脑海马区的神经元图像中，树突类似于树枝，从细胞体的两侧延伸出来。由西南大学科学家领导的研究表明，树突是学习和记忆的积极参与者，而不是被动结构。

　　

一项由ut西南医学中心的研究人员领导的研究表明，从神经元延伸出来的被称为树突的树枝状结构似乎可以独立于细胞体进行自己的计算，帮助单个脑细胞储存过去的记忆，对现在做出反应，并预测未来。发表在《科学》杂志上的这一发现，代表了当前学习和记忆发生模式的范式转变。

这改变了我们的整个视角。与充当简单的开关相比，神经元的行为更像是具有内部分工的复杂处理器，极大地提高了大脑的计算能力，西南大学神经科学教授Attila Losonczy博士与共同第一作者Asako Noguchi博士（PML的博士后研究员）、Satoshi Terada博士（Losonczy博士的前博士后研究员）共同领导了这项研究。

一个多世纪以前，科学家们发现神经元有两种从细胞体延伸出来的解剖结构：树突（dendrites）和轴突（axon），后者是神经元的线状部分，负责向其他细胞传导电脉冲。直到最近，树突在很大程度上被认为是细胞体中处理的电信息的被动收集者和分散者。学习和记忆被认为是通过突触连接的加强而发生的，突触几乎完全位于树突上，允许电信号在神经元之间更自由地传递。

几十年来，神经科学家一直假设树突可以独立处理电子信息，过去十年在培养皿中使用神经元的研究加强了这一想法。但行为过程中的直接证据一直缺乏。Losonczy博士解释说，如果这在活体动物中是正确的，这可能意味着树突作为影响细胞体活动的单个微型计算机，在帮助形成突触学习和记忆形成方面发挥了积极作用。

为了验证这一观点。Losonczy, Noguchi， Terada和他们的同事使用了最近开发的技术，可以可视化生物结构中的电脉冲，分辨率远低于一微米，大约是人类头发宽度的1/70。这一进展使研究人员能够观察到活小鼠在执行学习和记忆任务时树突的电活动。

当小鼠在虚拟现实（VR）空间中寻找水滴作为奖励时，研究小组将大脑海马体中位置细胞和神经元的这种电活动可视化，海马体在空间记忆和导航中起着重要作用。在小鼠已经熟悉的空间里，科学家们发现树突的电活动与细胞体的电活动基本一致。

当研究人员将奖励转移到一个新的位置时，细胞体迅速调整了它们的活动，但一些树突似乎保留了早期的记忆，继续显示相同的电脉冲模式。在研究人员让小鼠探索一个新的虚拟现实空间后，一些树突在细胞体预测到新的电脉冲模式之前改变了它们的活动，而细胞体在反复导航新空间后最终采用了新的电脉冲模式。这种对比是一个惊人的和意想不到的发现：仅仅改变奖励位置会使树突落后于细胞体，而改变环境会使树突领先于细胞体，这表明两种类型的变化以根本不同的方式参与树突处理。

当小鼠在每次任务结束后休息时，研究小组发现它们的树突重复了在导航过程中检测到的相同的电活动模式。Losonczy博士说，由于细胞体中类似的回放与记忆巩固有关，这一发现表明树突在记忆巩固中也起着关键作用。

他解释说，这些结果表明树突是学习和记忆的积极参与者，而不是被动结构。研究小组计划继续研究树突，以更好地了解它们是如何与细胞体交流的，以及它们的电活动是否会在神经发育和神经心理障碍中出错。近期，研究人员正在测试不同突触输入模式的海马体区域的神经元是否表现出类似的分离，他们还在开发计算模型，将树突动态与电路层面的学习和记忆能力联系起来。