首次在突觸水平觀察大腦一生的變化

    近日，國際著名期刊Science雜志刊登了一篇題為“A brain-wide atlas of synapses across the mouse”的論文。來自英國愛丁堡大學(xué)的研究人員利用轉(zhuǎn)基因小鼠通過組織切片熒光顯像和基因測序技術(shù)在單突觸層面全景展現(xiàn)了小鼠一生中整個大腦突觸結(jié)構(gòu)和功能的變化。

    突觸是構(gòu)成神經(jīng)環(huán)路活動的基本單元，是神經(jīng)元之間進行功能連接的關(guān)鍵部位。突觸的功能直接影響到大腦的認知和產(chǎn)生的行為。與兒童行為發(fā)育異常、成人精神障礙、神經(jīng)退行性病變等多種腦部疾病密切相關(guān)。

    研究人員首先構(gòu)建了能夠同時表達融合熒光標記突觸后蛋白PSD95和SAP102的轉(zhuǎn)基因小鼠，利用轉(zhuǎn)盤式共聚焦顯微鏡觀察單個突觸分辨率下PSD95和SAP102表達情況，并通過機器學(xué)習(xí)的方法，將突觸分為3大類，37個亞型。其次，通過動態(tài)追蹤出生到成年全腦12個腦區(qū)突觸的數(shù)量和類型變化，發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增長突觸逐漸增多并且呈現(xiàn)明顯的多樣性，在大腦皮層、皮層下以及海馬區(qū)域尤為顯著，各腦區(qū)之間突觸類型也有差異明顯。最后，研究人員將目光聚焦到和認知、記憶、空間感知功能密切相關(guān)的海馬上，發(fā)現(xiàn)PSD95和SAP102的表達在CA1錐體神經(jīng)元上存在明顯時空分布差別，并且在海馬不同區(qū)域之間也呈現(xiàn)動態(tài)變化，認為與學(xué)習(xí)記憶能力的改變密切相關(guān)。

    論文的作者指出這些發(fā)現(xiàn)將有助于我們理解大腦在認知、記憶和行為異常中是如何變化的，為揭示大腦發(fā)育、衰老和疾病提供了新的工具。