Nature展現(xiàn)大腦中的平衡藝術(shù)
日期：2014-06-24 09:31:17
加州大學(xué)圣迭戈醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們，發(fā)現(xiàn)了大腦維持內(nèi)部平衡的一個(gè)基礎(chǔ)機(jī)制，這一成果于六月二十二日提前發(fā)表在Nature雜志的網(wǎng)站上。
大腦中的神經(jīng)元會(huì)收到大量來(lái)自興奮神經(jīng)元的刺激信號(hào)，同時(shí)也會(huì)收到抑制神經(jīng)元發(fā)送的信號(hào)。研究人員指出， 對(duì)于接收信號(hào)的單個(gè)神經(jīng)元而言，這兩種信號(hào)的總量需要保持一個(gè)恒定的比例，即E/I比。
研究顯示，在小鼠大腦皮層的神經(jīng)元中，給定時(shí)間的E/I比是一個(gè)常數(shù)。由于哺乳動(dòng)物的大腦基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在種屬之間高度保守，很可能人類(lèi)大腦也存在著這樣的情況。
“大腦中的神經(jīng)元同時(shí)受到剎車(chē)和加速裝置的控制，”文章的共同作者，Massimo Scanziani教授說(shuō)。“也就是說(shuō)，你不可能純粹通過(guò)興奮性神經(jīng)元或抑制性神經(jīng)元來(lái)進(jìn)行刺激。”
“興奮性信號(hào)和抑制性信號(hào)處于一場(chǎng)拉鋸戰(zhàn)中，這雖然看起來(lái)很奇怪，但實(shí)際上卻非常巧妙。在此基礎(chǔ)上，大腦能夠極其微妙地控制神經(jīng)元對(duì)刺激的應(yīng)答。”Scanziani說(shuō)。舉例來(lái)說(shuō)，刺激和抑制一直彼此關(guān)聯(lián)，就可以避免神經(jīng)元出現(xiàn)永久性活化或沉默（抑制）。
研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示了，大腦維持E/I比的具體機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，這種調(diào)控是由抑制性神經(jīng)元執(zhí)行的，抑制性神經(jīng)元會(huì)根據(jù)興奮性刺激，適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)或削弱抑制性突觸。突觸是兩個(gè)神經(jīng)元之間的連接處，信號(hào)在此處被放大的程度就是突觸強(qiáng)度。
“我們的研究顯示，抑制性神經(jīng)元是大腦中的主要調(diào)控者，負(fù)責(zé)確保抑制性突觸與細(xì)胞收到的興奮性刺激相匹配，”Scanziani解釋道。舉例來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞收到的興奮性刺激加倍了，那么在幾天內(nèi)抑制性突觸的強(qiáng)度也會(huì)隨之翻番。
研究人員認(rèn)為，自閉癥、癲癇和精神分裂癥等神經(jīng)疾病都與大腦保持理想E/I比的能力有關(guān)。此外，帕金森癥、亨廷頓舞蹈病等一些神經(jīng)退行性疾病，也很可能與E/I平衡發(fā)生改變有關(guān)。
“E/I平衡被打破，會(huì)完全改變我們對(duì)世界的感知，”Scanziani說(shuō)。“我們將無(wú)法正確調(diào)節(jié)和適應(yīng)日常生活中的各種刺激。E/I失衡最容易在社交互動(dòng)中引起注意，因?yàn)樯缃换顒?dòng)需要特別微妙的神經(jīng)元調(diào)節(jié)。”
研究的第一作者Minghan Xue指出，“現(xiàn)在我們知道了正常到腦調(diào)控E/I平衡的具體機(jī)制，可以著手解決疾病狀態(tài)中出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題，為通過(guò)治療手段恢復(fù)大腦平衡奠定基礎(chǔ)。”
