研究發(fā)現(xiàn)突觸脈沖的強(qiáng)度與突觸大小直接相關(guān)

    神經(jīng)細(xì)胞通過突觸彼此交流。近日，發(fā)表在《Nature》上的一項(xiàng)研究中，來自蘇黎世大學(xué)神經(jīng)信息學(xué)研究所和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Kevan Martin實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些聯(lián)系似乎比以前認(rèn)為的要強(qiáng)大得多。突觸越大，傳遞的信號就越強(qiáng)。這些發(fā)現(xiàn)將有助于更好地了解大腦功能以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病是如何產(chǎn)生的。

    新皮質(zhì)是大腦的一部分，人類用它來處理感官印象、儲存記憶、給肌肉發(fā)出指令以及計(jì)劃未來。這些計(jì)算過程之所以成為可能，是因?yàn)槊總€神經(jīng)細(xì)胞都是一個高度復(fù)雜的微型計(jì)算機(jī)，可以與大約10000個其他神經(jīng)元進(jìn)行通信，這種交流是通過突觸的特殊連接進(jìn)行的。

    這項(xiàng)研究首次證明，突觸的大小決定了其信息傳輸?shù)膹?qiáng)度。在這項(xiàng)研究中，研究人員首先測量了兩個相連神經(jīng)細(xì)胞之間突觸的電流強(qiáng)度。為此，他們準(zhǔn)備了小鼠的大腦切片，在顯微鏡下將玻璃微電極插入相鄰的新皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞中。這使得研究人員可以人工激活其中一個神經(jīng)細(xì)胞，同時(shí)測量另一個細(xì)胞產(chǎn)生的突觸脈沖強(qiáng)度。他們還將染料注入兩個神經(jīng)元中，以在光學(xué)顯微鏡下三維地重建其分支過程。

    由于突觸非常微小，研究人員利用高分辨率電子顯微鏡來可靠地識別和精確測量神經(jīng)元的接觸點(diǎn)。首先，在光學(xué)顯微鏡重建中，他們標(biāo)記了在傳遞信號過程中，轉(zhuǎn)發(fā)信號的神經(jīng)元細(xì)胞與接受信號的神經(jīng)元細(xì)胞過程之間的所有接觸點(diǎn)，然后在電子顯微鏡下識別了兩個神經(jīng)細(xì)胞之間的所有突觸。他們將這些突觸的大小與其之前測量的突觸脈沖相關(guān)聯(lián)。研究人員發(fā)現(xiàn)，突觸脈沖的強(qiáng)度與突觸的大小直接相關(guān)。這種相關(guān)性可以根據(jù)測量到的突觸大小來判斷信息傳遞的強(qiáng)度。研究人員解釋說，這可以讓科學(xué)家們使用電子顯微鏡來精確繪制新皮質(zhì)的“線路圖”，然后在電腦上模擬并解釋這些線路圖中的信息流。這類研究將有助于更好地理解大腦在正常情況下是如何運(yùn)作的，以及“線路缺陷”是如何導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育障礙的。

    該研究團(tuán)隊(duì)還解決了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域另一個長期存在的難題：到目前為止，傳統(tǒng)的理論是，當(dāng)突觸被激活時(shí)，只有一個充滿神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡被釋放。研究人員使用一種新的數(shù)學(xué)分析來證明每個突觸實(shí)際上都有幾個位點(diǎn)，可以同時(shí)釋放囊泡，這意味著突觸要復(fù)雜得多因此，整個大腦皮層的計(jì)算能力和存儲能力似乎比以前認(rèn)為的要強(qiáng)大得多，今后我們也可以更動態(tài)地調(diào)節(jié)信號強(qiáng)度。