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神经元可以自我更新且不影响大脑功能
神经元可以自我更新且不影响大脑功能
2014/5/28 13:47:52 | 浏览:958 | 评论:0
  摘要:当你的汽车需要一个新的火花塞时,你会将它送到汽车修理店里,直到修理完成后才能开始使用。但是如果你的车能够自我替换火花塞同时不影响正常使用呢?当然,汽车是无法实现这一点,但我们的神经系统却可以,它能够持续自我重建同时维持功能的完好运转。

神经元可以自我更新且不影响大脑功能
神经元可以自我更新且不影响大脑功能

  神经元可以存在几十年,但是它的组成部分,即蛋白质和组成细胞的分子则需要持续更新。这个持续重建却又不影响人类思考、回想、学习和经历整个世界的过程是如何发生的呢?这成为神经科学里最大的问题之一。

  这个问题也引起了美国马萨诸塞州布兰代斯大学神经科学家伊芙·马尔德(Eve Marder)教授的极大兴趣。马尔德教授的实验室建立了一个新的理论模型以理解细胞在面对细胞组件持续不断的更新时,是如何检测和自我调节它们的特性的。

  离子通道,作为细胞表面的分子大门,决定了调节的一切——从肢体运动的大小和速度到感官信息处理所需的神经元特性。每一种神经元都存在不同类型的离子通道的结合。受体是分子的“麦克风”,它使得神经元能够彼此沟通交流。

  受体和离子通道在持续的变化,因此细胞必须调节更新的速率,从而避免打扰正常神经系统功能的运转。科学家们曾经考虑过每个神经元里离子通道和受体数量的“工厂”或者“默认”设置的观点。但这个观点似乎并不可行,因为在整个生命周期里神经元的环境会发生太大的变化。

  如果没有工厂设置,那么神经元需要一个内在测量器以检测脑电活动,从而相应调整通道的表达,研究小组这样说道。由于单个神经元总是属于更大回路的一部分,因此它同时还必须维持整个神经系统的内部平衡。

  基于内部监测系统的概念,马尔德教授带领的实验小组建立了一个新的离子通道调节模型。这个研究小组包括博士后研究员提摩西·欧利瑞(Timothy O'Leary)、实验室技术员亚历克斯·威廉姆斯(Alex Williams)、比利时列日大学的阿莱西奥·弗兰奇(Alessio Franci)和马尔德教授。他们发现细胞无需测量活动的各方面细节就能维持功能的运转,事实上,太多细节反而会影响这个过程。

  “某些目标特性是彼此冲突的,” 欧利瑞说道。“你肯定不会将空调设立到64度,而将暖气设立到77度。这两个特性会持续相互冲突,虽然其中一个可能略胜过另一个,最终的结果便是你的账单贵的惊人。”

  研究小组还了解到细胞可以有相似的特性,但离子通道的表达速率则各不相同。就像细胞的同音异形异义词,它们听起来相似但看上去完全不同。

  这个模型显示控制失控脑电活动的内部监测系统会导致神经元的过度兴奋,后者是导致痉挛的基础。即使能够控制单个神经元的设定值,系统整体的内部平衡也将被打乱。

  这项研究代表了理解目前最复杂的机器——人脑的重大进步。它可能导致治疗疾病时完全不同的治疗策略。欧利瑞说道。“为了理解和治疗某些疾病,我们必须理解当处于正常健康状态时,生物系统是如何控制内部特性的,这个模型将帮助研究人员实现这一目标。”这项研究被发表在5月21日的期刊《神经元》上。

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