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为了让神经元说话 免疫细胞通过大脑的支架清除了路径

为了创造新的记忆,我们的脑细胞必须首先找到彼此。小突起从神经元长长的分支触手末端发芽,将神经元停靠在一起,以便它们交谈。这些细胞颤动的端口-称为突触,遍布整个大脑的数万亿个-使我们能够代表新知识。但是科学家仍在学习这些联系如何形成以响应新的经验和信息。现在,加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所的科学家进行的一项研究发现了一种令人惊奇的新方法,可以帮助大脑的免疫细胞发挥作用。

近年来,科学家发现,大脑专用的免疫细胞(称为小胶质细胞)可以帮助消除神经元之间不必要的联系,也许是通过吞噬突触并分解它们。但是,这项于2020年7月1日发表在《细胞》杂志上的新研究发现,小胶质细胞也可以做相反的事情-通过砍掉细胞之间密集的蛋白质网,清除空间以便神经元可以彼此找到来形成新的突触。 。研究人员说,继续研究小胶质细胞的这种新作用可能最终会导致某些记忆障碍的新治疗靶标。

神经元生活在蛋白质和其他分子的胶状网状结构中,有助于维持大脑的三维结构。这种脚手架,统称为细胞外基质(ECM),长期以来一直是神经科学领域的后事。几十年来,研究人员一直专注于神经元,最近,支持神经元的细胞在很大程度上认为ECM不重要。

但是神经生物学家开始意识到构成大脑约20%的ECM实际上在学习和记忆等重要过程中发挥着作用。例如,在大脑发育的某个时刻,巩固的ECM似乎阻止了婴儿新神经元连接的快速转变,似乎将大脑的优先权从适应性强的新方向转移到了周围的新世界上,随着时间的推移更稳定地维护知识。科学家们还想知道,生命后期的细胞外基质变硬是否可能与衰老带来的记忆挑战相对应。

这项研究的第一作者,加州大学旧金山分校的生物医学研究生Phi Nguyen说:“细胞外基质一直存在。”“但是,肯定有人对此进行了研究。”

Nguyen及其顾问Anna Molofsky博士,加州大学旧金山分校精神与行为科学系副教授,首先通过实验发现ECM对海马体的研究很重要,海马体是学习和记忆的关键大脑结构。产生了意想不到的结果。知道小胶质细胞会消灭过时的突触后,他们希望破坏小胶质细胞的功能会导致海马突触数量猛增。相反,突触数量下降。他们以为他们会在小胶质细胞的“肚子”中发现一些突触被分解,而是找到了ECM的碎片。

莫洛夫斯基说:“在这种情况下,小胶质细胞吃的东西与我们预期的有所不同。”“他们正在吃突触周围的空间-清除障碍物以帮助形成新的突触。”

研究发现,在开始起作用之前,小胶质细胞会等待来自神经元的信号,该神经元是一种称为IL-33的免疫分子,表明该是新的突触形成的时候了。当研究人员使用遗传工具阻止这一信号时,小胶质细胞无法履行其ECM切碎的职责,从而导致小鼠脑神经元之间的新连接减少,并使小鼠难以长期记忆某些细节。当研究人员改为提高IL-33信号传导水平时,新突触的数量增加。在年纪大的小鼠中,脑衰老已经在减缓新连接的形成,增加IL-33有助于将新突触的数量推向更年轻的水平。

这项研究的共同作者,精神病学副教授Mazen Kheirbek博士说,这项研究对于理解(也许是一天治疗)我们在与年龄有关的疾病(如阿尔茨海默氏病)中遇到的各种记忆问题可能很重要涉及情绪和情感的电路。但是这些发现对于有时在焦虑相关疾病中出现的特定类型的情绪记忆问题也可能很重要。

为了确定IL-33的变化如何影响记忆,研究人员教会小鼠区分焦虑诱导箱(小鼠在其中受到轻微的足部电击)和中立箱。一个月后,正常小鼠在电击相关盒子中表现出的冻结比在中性盒子中表现出的恐惧要多得多。但是,IL-33受到破坏的小鼠在两个盒子中都表现出很高的恐惧感,这表明它们已经失去了确定何时应该害怕和何时安全所需的精确记忆。

Kheirbek将这种过于笼统的反应比作是夜间在停车场被抢劫可能导致的那种由创伤引起的恐惧。有些人可能无法将那种恐惧记忆与新的,可能受到威胁较小的体验区分开来,而是会产生一种普遍的恐惧感,使他们难以随时进入任何停车场。他说:“在许多焦虑症中,尤其是在创伤后应激障碍中,都缺乏这种具有非常精确的情感记忆的能力。”“这是一种过于笼统的恐惧,实际上会干扰您的生活。”

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