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麻省理工学院的研究可能解释成人大脑如何创造新记忆

成熟大脑中数以百万计的“沉默突触”可能有助于新记忆的形成。

Geralt / Pixabay
Geralt / Pixabay

神经科学生物大脑的发现之所以重要,不仅因为它们可能会导致治疗大脑疾病的新疗法,还因为它们可能会成为人类进化的模型人工智能(AI)机器学习。一个新的研究麻省理工学院(MIT)的一项研究表明,成年人大脑中存在数百万个沉默的突触——这一发现可能会解开成年人如何能够持续学习并形成新的记忆。

进行这一突破性发现的神经科学家是主要作者Dimitra Vardalaki,医学博士,勃林格殷格翰基金会博士研究员和麻省理工学院研究生;资深作者Mark T. Harnett博士,an脑与认知科学系副教授,麻省理工学院麦戈文脑研究所成员;和作者钟光勋,化学工程副教授,化学工程奖获得者总统早期职业生涯科学家和工程师奖

沉默突触在早期发育中很丰富,在此期间它们介导电路的形成和完善,但它们被认为在成年期很少,”麻省理工学院哈尼特实验室的研究人员写道。然而,成年人仍然有能力神经可塑性灵活的学习表明,新联系的形成仍然很普遍。”

根据麻省理工学院的研究,这项新研究表明,成年小鼠大脑皮层中大约30%的突触是沉默的。

突触是脑细胞或神经元相互连接和交流的地方。单个神经元可以有几个到几十万个突触连接。

神经元有一个由链组成的主体。传递神经元使用一种叫做轴突的细链来发送信号。当电信号或动作电位沿轴突向下传递时,轴突尖端会向突触释放一种称为神经递质的化学信号。根据神经递质的不同,接收神经元可能会激活一个电荷向另一个神经元发出信号,也可能不发射电荷。接收神经元可以通过它的主体或树突来接收。

在这一发现之前,科学家们已经建立了理论,在成人大脑中,突触可塑性主要是由于突触强度的变化,而不是引入或移除单个突触。

这一发现是后续研究的一部分研究该研究表明,在单个神经元内,不同类型的树突从大脑的不同区域接收信息,并以不同的方式处理信号,然后将信号传递给神经元体。研究人员试图通过测量不同树突分支中的神经递质受体来了解是什么导致了树突行为的差异。

通过使用Chung开发的一种称为eMAP(蛋白质组表位保存放大分析)的方法,神经科学家可以通过扩大和标记组织样本中的蛋白质来获得高分辨率图像。在成像过程中,他们发现有从树突延伸出来的薄膜突起,称为丝状足。

通过将eMAP应用于成年小鼠大脑的其他部分,研究人员在大脑的各个区域发现了丝状伪足,包括视觉皮层,其水平明显高于以往所见。

这些丝状足的神经递质受体缺失了AMPA受体,而AMPA受体是突触传递电流所必需的。AMPA受体是一种谷氨酸受体,介导快速兴奋性突触传递,在突触可塑性中起关键作用。

为了测试所发现的丝状足是否是无声的突触,神经科学家采用了一种改良的膜片钳方法,即通过细胞膜施加电压以测量产生的电流。

神经科学家发现丝状足是沉默的突触,可以被来自神经元体的电流和谷氨酸释放的结合激活。此外,根据研究人员的说法,这种转换比改变成熟的突触更容易。

“成人大脑中的突触有更高的阈值,可能是因为你希望那些记忆是美好的有弹性的哈尼特说声明.“你不希望它们经常被覆盖。另一方面,丝状伪足可以被捕获来形成新的记忆。”

“据我所知,这篇论文是第一个真正的证据,证明这是哺乳动物大脑如何工作的,”哈尼特在麻省理工学院的一篇论文中说报告

这一发现可能解释了成年哺乳动物的大脑是如何在不改变现有突触的情况下,通过激活静默突触来学习和形成新的记忆的。

这些结果挑战了功能连接在很大程度上固定在成人皮层的模型,并展示了一种灵活控制突触连接的新机制,这种机制扩大了成熟大脑的学习能力,”麻省理工学院的研究人员总结道。

版权所有©2023 Cami Rosso

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