Nature子刊:發現大腦「第一反應者」,對可塑性的關鍵作用

2020-12-06 騰訊網

| 原創編譯，轉載須註明來源！

眾所周知，大腦是具有高度可塑性的。當睡眠時，它有助於學習和記憶的鞏固，並將廢物清除。覺醒時，通常是由一系列神經調節物質，這些物質能改變神經元和神經膠質細胞的細胞膜性質以及電活動情況。但是，科學家對大腦維持組織穩態的機制及其在突觸可塑性發揮的作用還知之甚少。

北京時間10月22日，發表在《Nature Neuroscience》上的一篇新研究首次表明，在重組神經細胞間的連接，以及抵抗感染和修復損傷方面起著關鍵作用小膠質細胞，在睡眠期間也是活躍的，而且，它在突觸可塑性中也發揮著重要作用。

這項基於小鼠的研究發現，大腦的可塑性對自閉症譜系障礙、精神分裂症和痴呆症等疾病，以及大腦抵抗感染和修復中風或其他創傷性損傷後的能力都有影響。

該研究通訊作者、美國羅切斯特大學醫學中心(URMC)德爾蒙特神經科學研究所教授Ania Majewska博士說：「普遍觀點認為，小膠質細胞過程的動力學對動物的行為狀態不敏感。我們的研究表明，大腦中調節睡眠和清醒狀態的信號也起到了開關的作用，使免疫系統打開或關閉。」

小膠質細胞作為大腦的第一反應者，在大腦和脊髓中「巡邏」，並迅速採取行動消滅感染或吞噬死亡細胞組織的碎片。直到這項最新研究才得知，這些細胞在可塑性中也發揮著重要作用。可塑性是指神經元之間的複雜網絡和在發育過程中的不斷連接，以支持學習、記憶、認知和運動功能。

在此前的研究中，Majewska的實驗室已經展示了小膠質細胞是如何與突觸相互作用的。突觸是一個神經元的軸突與相鄰神經元連接和交流的結合點。小膠質細胞有助於維持突觸的健康和功能，並在神經細胞不再是大腦功能所必需時切斷連接。

這項最新研究指出了去甲腎上腺素的作用。去甲腎上腺素是一種神經遞質，在中樞神經系統中發出喚醒和壓力信號。當我們睡覺時，這種化學物質在大腦中低水平存在，當水平增加時，會喚醒我們的神經細胞，並使我們醒來並變得機敏。研究表明，去甲腎上腺素也作用於特定的受體——β2腎上腺素能受體。該受體在小膠質細胞中高水平表達。當這種化學物質存在於大腦中時，小膠質細胞就會進入一種冬眠狀態。

圖片來源：《Nature Neuroscience》

這項研究採用了先進的成像技術，可以讓研究人員直接觀察活體大腦的活動。研究表明，當小鼠暴露在高水平的去甲腎上腺素時，小膠質細胞變得不活躍，無法對局部損傷做出反應，並退出它們在重新連接大腦網絡中的角色。

該研究第一作者、URMC的博士後研究員Rianne Stowell說：「這項工作表明，睡眠期間神經迴路的重塑強化和損傷的修復可能在一定程度上是由小膠質細胞與大腦動態相互作用的能力所介導的。這項研究還表明，小膠質細胞對調節大腦功能的信號非常敏感，並且它的動力學和功能是由動物的行為狀態調節的。

這項研究進一步證實了睡眠與大腦健康之間的重要關係，並有助於解釋睡眠障礙與阿爾茨海默症和帕金森氏症等神經退行性疾病發作之間已建立的關係。

中國生物技術網誠邀生物領域科學家在我們的平臺上，發表和介紹國內外原創的科研成果。

本公眾號由中國科學院微生物研究所信息中心承辦

微信公眾號：中國生物技術網

相關焦點

  • 國科大博士生導師郎明林課題組在Nature子刊發表蛋白質糖基化與...
    蛋白質糖基化是目前在高等真核生物中發現的最普遍最重要的蛋白質翻譯後修飾方式之一。　　在動物胚胎神經系統的發育過程中Notch蛋白對決定細胞未來命運發揮著重要作用，該蛋白也在成人大腦特別是海馬組織等高突觸可塑性區域表達。多種證據表明Notch1參與了神經元凋亡、軸突回縮、以及缺血性腦卒引起的神經退行性病變。葡萄糖基化是調控Notch受體S2切割，細胞表面展示、轉運，以及EGF重複序列穩定性的重要修飾。
  • 研究發現大腦可塑性機制—新聞—科學網
    前不久，美國塔夫斯大學醫學院與耶魯大學醫學院的科學家共同發現，一種新的分子機制對於大腦功能的成熟具有至關重要作用，同時，它還可用於恢復老年人大腦的可塑性。與之前研究不同的是，這是科學家首次以一種特定分子作為目標，該分子作用於單一類型的神經元連接，從而調節大腦功能，恢復了大腦自我連接的能力。
  • 發現控制大腦可塑性的基本規則
    Sur說，他很高興，但並不感到吃驚的是，他的團隊在諸如大腦這樣的複雜系統的核心中發現了一種簡單的基本規則，在那裡1000億個神經元中的每一個都有上千個不斷發生變化的突觸。Sur說，「複雜系統的集體行為總是有簡單的規則。
  • 突觸可塑性才是影響大腦學習和記憶的關鍵
    突觸可塑性才是影響大腦學習和記憶的關鍵  Frieza77 • 2018-07-27 15:42:24　來源：前瞻網
  • Nature:經驗怎樣調製神經可塑性
    大腦能夠學習和存儲記憶的能力與可塑性、即神經通道和突觸響應於行為、環境和其他輸入而發生變化的能力有關。在生命早期關鍵時期的可塑性以前被與「表達小清蛋白的中間神經元」 (PV+ 細胞)的成熟相聯繫，但我們對其中發揮作用的機制卻知之甚少。在這項研究中，Pico Caroni及同事識別出了與成年小鼠的中間神經元中的小清蛋白表達水平相關的不同網絡狀態。
  • 用反向傳播算法解釋大腦學習過程?Hinton等人新研究登Nature子刊
    近日，來自 DeepMind、牛津大學和谷歌大腦的 Timothy P. Lillicrap、Adam Santoro、Geoffrey Hinton 等人在 Nature 子刊《Nature Reviews Neuroscience》發表文章。該研究以過去和近期的研究發展為基礎，認為反向連接可能會引發神經活動，而其中的差異可用於局部逼近誤差信號，從而促進大腦深層網絡中的有效學習。
  • Nature子刊:太陽能電池效率或大幅提升!
    論文連結：https://www.nature.com/articles/s41557-019-0297-7現代太陽能電池板採用工作原理基本一樣：一個光子產生一個激子，激子轉化為電流。新設計的有機分子可快速產生兩種激子，這兩種激子比目前最先進工藝產生的激子壽命更長，這將使每個光子產生的電能都可被太陽能電池吸收，這對提高太陽能電池效率非常關鍵。磁場數據顯示了由單線態裂分產生的激子的形成與衰變。
  • Nature又上線2本新子刊!
    你的機會來了——2019年2月，Nature先後推出了兩本新子刊，分別是 Nature Food 和Nature Cancer。Nature雜誌的子刊達到了53本，其中20本為綜述期刊。2019年2月24日，Nature官網正式上線了一個新子刊：Nature Food。這是一本在線期刊，將於2020年1月正式啟動。
  • 南大成果接連登上Science子刊、Nature子刊
    近日，南京大學物理學院繆峰團隊在類腦視覺傳感器方面取得重要進展，成果以"Gate tunable van der Waals heterostructure for reconfigurable neural network vision sensor"（基於柵極可調範德華異質結的可重構神經網絡視覺傳感器）為題於 2020年6月24日發表在《科學》雜誌子刊Science Advances
  • Nature子刊:HLH-11/TFAP4響應營養物質水平調控脂質代謝
    Nature子刊：HLH-11/TFAP4響應營養物質水平調控脂質代謝
  • 限制神經可塑性的關鍵記憶分子
    研究人員發現了蛋白RGS14作為學習和記憶阻礙分子的新功能。大腦有著驚人的運算能力，它支持著人類一生的學習和記憶。
  • Nature子刊:逆轉皮膚衰老的關鍵在線粒體
    他們發現，當線粒體功能受損，小鼠會在幾周內皮膚起皺、大面積掉毛髮。更意外的是，關閉引發功能障礙的突變可讓小鼠「重返年輕」——衰老症狀得到緩解。由阿拉巴馬大學伯明罕分校（UAB）醫學院的遺傳學教授Keshav Singh帶領的團隊發現，引發這一奇妙「現象」的突變發生在核基因中，關聯著線粒體功能。線粒體功能障礙引發衰老線粒體是維持細胞能量供給、有氧呼吸的主要場所。伴隨著衰老，線粒體功能也會逐漸衰退。
  • 常吃垃圾食品影響大腦,但對NAc突觸可塑性影響的存在性別差異
    目前垃圾食物對大腦損害的研究主要集中在伏隔核（NAc），該腦區是獎賞行為的關鍵腦區，在進食等動機行為中起著至關重要的作用。2020年7月30日密西根大學Carrie R.Ferrario博士在Neuropsychopharmacology雜誌發表了一項很有意思的研究，該研究表明過度飲食垃圾食物後NAc腦區的突觸可塑性存在性別上的差異。
  • 最強大腦，你也可以：一個千老逆襲發現大腦可塑性的故事
    Norman Doige是一位精神科醫生，他寫了一本書叫做The Brain that Changes Itself, 全書深入淺出地科普了大腦的終身可塑性及其發現過程，講述了這種可塑性在醫學和教育方面的各種應用，並且穿插了數個可塑性幫助弱雞逆襲的熱血故事。
  • 幾位大牛Nature子刊同時發布:單原子Pt和單原子Au同臺競技!
    負載型金屬催化劑的界面位點是決定其催化性能的關鍵。單原子催化劑(SACs)通過使每個原子均與載體接觸，可以最大限度地增加界面活性位點。然而，單原子位點是否具有與納米催化劑界面位點相似的催化性能仍是一個懸而未決的問題。近日，兩篇Nature子刊相繼報導了單原子催化劑催化CO氧化反應，讓我們去一探究竟！
  • 「Nature子刊」大腦中的「糾察員」——小膠質細胞通過「觸手」阻止神經元過度興奮，預防神經系統疾病
    ，具有多突觸及可塑性的特點，為中樞神經系統內固有的免疫效應細胞，在中樞神經系統的生理過程中發揮著極其重要的作用。預防大腦過度活動Victoria Rafalski是Akassoglou實驗室的前博士後學者，也是該研究的第一作者，他說：「那時，我們意識到小膠質細胞無法正常運轉時，癲癇小鼠會自發發作。這是第一個跡象，表明這些細胞的監測可能會抑制癲癇發作的活動。
  • 登上Nature子刊封面:英特爾神經晶片實現在線學習
    近日，來自英特爾和康奈爾大學的研究者宣布，團隊已經在神經形態晶片 Loihi 上成功設計了基於大腦嗅覺電路的算法，實現了在線學習和強記憶力能力。這項研究發表在最新一期自然雜誌子刊上《Nature Machine Intelligence》上，並成為封面文章。
  • Nature子刊，今年首個IF就突破12分，明年或可衝18分
    來自WoS截圖今年是Nature Sustainability拿到的第1個IF，作為Nature子刊，首個IF就超12分，確實值得我們關注~期刊基本信息關於此刊的具體情況，大家可以看看：https://www.nature.com/natsustain/
  • 腦科學日報：Science子刊揭示嗜酒成癮之謎；老年聾的真正原因
    《Nature》子刊發布！全球獨一無二的資料庫，揭示人類和130種哺乳類動物大腦連通性守恆！來源：腦友記BrainUp以色列的研究人員對大約130種哺乳動物的大腦進行了先進的擴散MRI掃描，生成了一個全新的、全球獨一無二的資料庫。這項史無前例的研究，旨在調查130種哺乳動物的大腦連通性。