科學家發現乙醯膽鹼調控大腦學習記憶新機制 —新聞—科學網

2020-12-08 科學網

 

                  乙醯膽鹼生理功能示意圖（抑制海馬高頻ripple振蕩，確保theta節律的主導地位）

5月6日，記者從華東師範大學獲悉，該校腦功能基因組學教育部重點實驗室林龍年教授團隊在最新研究中闡述了乙醯膽鹼調控大腦學習記憶的新機制。相關研究成果論文近日發表於《神經科學》雜誌。

學習記憶是大腦最迷人的智能活動之一，在清醒時，大腦進行學習記憶活動，在休息時（主要是在夜晚的睡眠階段），大腦對所學的內容加以記憶的鞏固。根據睡眠時腦電的活動狀況，可將睡眠分為慢波睡眠和快波睡眠（也稱快速眼動睡眠）兩個階段。有趣的是，快波睡眠時的腦電活動和清醒時的非常相似，在大腦的海馬腦區均以4~12赫茲的theta節律為主，此時如被喚醒，人們往往會報告正在做夢。因此，theta節律也被認為是在表徵大腦學習記憶的「在線」編碼過程。而在慢波睡眠階段，海馬腦電活動則表現為在慢波基礎上疊加出現短暫的100~250赫茲的高頻ripple節律，該高頻節律被認為與記憶的鞏固過程有關。

乙醯膽鹼是腦內與學習記憶功能密切相關的一種化學物質，已有研究發現，在清醒和快波睡眠階段，海馬內的乙醯膽鹼水平較高，而在慢波睡眠階段，乙醯膽鹼的含量卻很低。然而在海馬腦區本身，卻沒有任何乙醯膽鹼神經元的分布，它的乙醯膽鹼均來自於一個被稱為中隔的腦結構。早期的實驗發現，損毀中隔腦區，會導致海馬的theta節律消失，從而引發大腦的學習記憶障礙。但中隔腦區除了乙醯膽鹼神經元外，還有大量的抑制性神經元，因此，中隔乙醯膽鹼神經元的主要生理功能是什麼？它和海馬腦電節律之間又有著怎樣的相互作用關係？乙醯膽鹼在學習記憶過程中到底發揮著怎樣的作用？

為了探索這一系列問題，研究人員將先進的光遺傳學技術和尖端的多通道在體記錄技術相結合，實現了在活體小鼠的大腦，對中隔乙醯膽鹼神經元的實時觀測和長達48小時的連續記錄。

實驗結果顯示，中隔乙醯膽鹼神經元的活動，表現出與海馬theta節律的高相關性。具體表現為在清醒和快波睡眠狀態，海馬腦電呈現典型的theta節律，此時的中隔乙醯膽鹼神經元的活動水平也較高；而一旦進入慢波睡眠狀態，海馬的theta節律消失，中隔乙醯膽鹼神經元的活動水平也急劇下降，甚至可維持幾分鐘沒有任何放電活動。

有意思的是，研究人員進一步的實驗揭示出這只是一種表面的高相關性。在非theta節律主導的慢波睡眠狀態，運用光遺傳學技術激活中隔乙醯膽鹼神經元，並沒有在海馬腦區誘發出theta節律，反而是抑制了海馬的高頻ripple節律。研究人員還進一步結合藥理學方法，闡明了這種抑制作用是由乙醯膽鹼的M2和M4型受體所介導。

專家表示，這一系列的實驗研究揭示，乙醯膽鹼的一個重要生理功能，是在清醒和快波睡眠狀態時，抑制高頻ripple節律的產生，以確保此時與動物「在線」學習記憶編碼過程密切相關的theta節律能處於主導地位。

據悉，華東師範大學博士生馬曉宇和張藝瑤為論文共同第一作者，徐佳敏和林龍年為共同通訊作者。

相關論文信息：https://www.jneurosci.org/content/40/18/3591

 

版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。

相關焦點

  • 科學家揭示DHA促進大腦神經發育和功能新機制—新聞—科學網
    該研究結合在體基因操縱（轉基因小鼠、病毒注射和胚胎電轉等）、藥理學、螢光染料微注射、RNA測序、腦片電生理及行為學等實驗，發現了大腦內游離DHA通過RXRA依賴的信號通路調節樹突棘及功能性突觸的發育，解析了DHA促進大腦發育和功能的新機制，給相關疾病的治療提供了新思路。 神經環路的形成高度依賴於功能性突觸的形成，且該過程受細胞內外信號的協同調控。
  • 發現調控腦皮層中間神經元環路發育的新機制—新聞—科學網
    復旦大學腦科學研究院禹永春課題組
  • Nat Neurosci:大腦長期記憶形成新機制
    （圖片摘自www.sciencealert.com）2017年2月22日 生物谷BIOON/ --最近，科學家們發現了一種新的神經元細胞相互交流以調節學習以及長期記憶的方式事實上，這一種久未被發現的新的大腦運作機制能夠對我們理解大腦工作方式起到幫助作用，以及能夠幫我們進一步理解神經推行性疾病，例如阿茲海默症等的發病機制。人類的大腦中含有數千億個神經元細胞，每一個細胞與其它細胞之間都存在一萬個左右的突觸連接。而這些連接之間的信號強弱都取決於多種多樣的大腦工作機制，而這些機制則是長久以來科學家們試圖去解釋的。
  • 中科院植物所揭示植物鹽脅迫「記憶」調控新機制
    記者日前從中國科學院植物研究所獲悉，該所研究員華學軍研究組與研究員金京波研究組合作，針對植物鹽脅迫「記憶」的調控機制展開了研究，相關論文在線發表在
  • 乙醯膽鹼,學習與記憶之源
    突觸前膜釋放的乙醯膽鹼是怎樣「逃脫」乙醯膽鹼酯酶的水解到達突觸後膜的[J].生物學教學，2017,42（2）：72.[4] 姚建平,李琳,牛巧能等. 左歸丸對自然衰老大鼠海馬乙醯膽鹼含量及學習記憶功能的影響[J].中成藥,2018,40(1):181-183.[5] 程 鵬,李泰明. 乙醯膽鹼酯酶抑制劑在阿爾茲海默症治療中的研究進展[J].
  • 研究發現水水循環對被子植物的調控作用—新聞—科學網
    一直以來，環式電子傳遞介導的跨類囊體膜質子梯度的形成被認為是被子植物適應波動光強的主要調控機制，但關於水水循環在被子植物適應波動光強中的調控作用鮮有報導。 研究團隊在對模式植物擬南芥的研究中發現，在光強突然增加的前20秒內，葉綠體並不能建立充分的跨類囊體膜質子梯度，進而導致過剩的電子從光系統II傳遞到光系統I，引發活性氧自由基的產生並造成光系統I損傷。
  • Cell Reports:科學家發現尼古丁影響大腦中獎賞迴路的新機制
    2018年6月6日 訊 /生物谷BIOON/ --最近，美國西北大學的科學家發現了尼古丁控制大腦獎賞通路的新機制，這將為未來的抗成癮療法提供指導。相關研究成果發表在Cell Reports期刊上，高級作者為藥理學副教授Ryan M. Drenan博士。「鑑定出尼古丁改變大腦迴路的詳細機制是當前一個非常重要的事情。「Drenan說。」
  • 螞蟻大腦也分區—新聞—科學網
    DAVID FERNANDES 人腦存儲記憶時有不同的區域分工，比如左側大腦存儲言語信息，而右側大腦專攻視覺信息，這被稱為大腦發育過程中的偏側化。本周，英國蘇賽克斯大學的研究人員發現，即便是小小的螞蟻，其大腦也出現了偏側化。
  • 科學家揭示蘋果酸積累和液泡酸化調控新機制—新聞—科學網
    他們揭示了蘋果蛋白MdBT2如何響應硝酸鹽調控蘋果酸積累和液泡酸化的分子機制。 郝玉金告訴《中國科學報》，有機酸種類和含量及其與糖的比例直接影響果實風味和加工品質，是果樹遺傳改良和栽培調控的重要目標性狀。在蘋果果實中，蘋果酸是最主要的有機酸，蘋果酸在果肉細胞的細胞質中合成代謝，並在液泡中大量積累。
  • 科學家發現免疫細胞活化調控新機制
    原標題：科學家發現免疫細胞活化調控新機制 　　中國工程院院士、中國醫學科學院院長曹雪濤團隊發現，E3泛素連接酶分子Nrdp1在T細胞抗感染、抗腫瘤功能的活化中起重要調控作用，為研究如何增強機體抗感染、抗腫瘤特異性免疫功能同時抑制自身免疫病發生發展提出了新的分子機制與幹預方法。相關研究論文發表於9月21日的《自然—免疫學》雜誌。
  • 科學家揭示六方氮化硼合成新機制—新聞—科學網
    Fe2B合金表面多層h-BN合成機制示意圖及近表面N原子擴散能量曲線 中國科學院上海微系統與信息技術研究所副研究員吳天如團隊和華東師範大學教授袁清紅團隊，基於原位合成、表徵研究與第一性原理計算方法，提出鐵硼（Fe2B）合金表面高質量多層六方氮化硼（h-BN）原子空位輔助生長新機制
  • 科學家發現核內肌動蛋白調控轉錄機制—新聞—科學網
    這個機理可能是基因調控快速響應環境刺激的分子基礎。 應激性是生命的基本特徵，響應外界刺激的基因表達調控在細胞水平決定了細胞增殖、分化、遷移和死亡，在器官和生物體水平決定了發育、免疫應答和神經可塑性，其調控異常可能會導致腫瘤。細胞及時響應外界刺激的一個策略是形成轉錄工廠，即將應答刺激的多個基因和多個RNA聚合酶拉到一起進行高效、協同的轉錄表達，但是這一過程如何發生和調控尚不清楚。
  • 心臟跳大腦抖 神經元分類更精確—新聞—科學網
    研究人員發現，通過分析一次心跳期間的神經元波形變化，可以對人腦中不同類型的神經元進行更精確的分類。這項研究有助更好地理解大腦中不同類型的細胞如何相互作用，從而產生認識和行為。相關論文日前刊登於《細胞報告》。 按照慣例，科學家基於神經元的波形對其進行分類，波形即每一個神經元在處於激活狀態時所發射的特徵電活動模式，也就是「尖峰」。
  • 劉國生課題組揭示金屬調控氮自由基選擇性攫氫新機制—新聞—科學網
    中科院上海有機化學研究所劉國生課題組揭示金屬調控氮自由基選擇性攫氫新機制 烯丙位碳氫鍵與苄位碳氫鍵的鍵能相近，都屬於活性的碳氫鍵範疇，因此實現烯丙位碳氫鍵的不對稱氰化反應是可預期的。然而由於烯烴分子常含有多個烯丙位的氫原子，生物活性分子（天然產物、藥物等）中也往往存在多個烯烴，因此，多個烯丙位碳氫鍵的存在導致自由基攫氫的選擇性問題，同時形成的烯丙基自由基在後續反應中還存在區域、立體和對映體選擇性等問題，使得反應變得異常複雜。
  • 科學家發現「線粒體炫」調控神經元突觸水平的長時程記憶
    近日，中國科學技術大學生命科學學院畢國強課題組與北京大學分子醫學研究所程和平課題組合作，發現神經元樹突「線粒體炫信號」在神經突觸傳遞短時程記憶向長時程記憶的轉化中可能發揮著關鍵作用，相關成果於6月　　突觸可塑性是學習記憶的神經基礎。在不同類型的神經活動的調控下，短時程的突觸可塑性只能持續幾秒到幾分鐘，而長時程的突觸可塑性可維持數十分鐘到數小時甚至更長。聯合課題組猜測，線粒體炫可能參與突觸可塑性的某種信號轉導過程。
  • 研究發現葉邊緣鋸齒發育新機制—新聞—科學網
    葉的形態受基因型和發育階段壞境因素共同調控。 在模式植物擬南芥中的研究發現，生長素運輸蛋白PIN1介導的生長素最大化和生長抑制因子CUC2形成的反饋調控環共同調控葉邊緣鋸齒的發育。除此之外，一些小RNA分子如miR164A等也參與葉鋸齒的發育。但是否有其他分子參與調控葉鋸齒發育尚不夠明晰。 12月2日，《植物學報》在線發表了山東農業大學李旭剛課題組題的研究論文。
  • 科學家探討蛋白質翻譯後修飾對肉品質影響—新聞—科學網
    從分子水平揭示生鮮肉品質形成與劣變的代謝通路，精準控制生鮮肉劣變和靶向調控肉品質，是我國肉類產業亟待攻克的重大難題。 中國農科院肉品加工與品質調控創新團隊近十年來聚焦宰後早期能量代謝與蛋白質翻譯後修飾關聯調控肉品質的分子機制，取得系列重大突破，為解決上述問題提供了新思路和新途徑。
  • 中科院植物所發現乙烯調控種子休眠形成新機制—新聞—科學網
    日前，中國科學院植物研究所研究員劉永秀帶領的團隊同德國馬普植物育種所、弗萊堡大學的科研人員合作，揭示了乙烯調控種子休眠形成的新機制，對開展優化育種
  • 學習累,想給大腦植入記憶晶片?
    學習累，想給大腦植入記憶晶片？拷貝等問題，單從科學的角度看，要依靠神經科學對記憶的進一步闡述，對腦機制的進一步研究，有了新的發現，才有可能實現。    本期專家：劉鐵軍 電子科技大學生命科學與技術學院副教授    神經信息教育部重點實驗室（研究方向：腦機接口）    學習累，想給大腦植入記憶晶片？
  • 大腦如何處理轉瞬即逝的信息?滬科學家揭示「工作記憶」新發現
    滬科學家揭示「工作記憶」新發現 2020-03-05 15:18:50 來源：中國新聞網 作者：白嘉懿滬科學家揭示「工作記憶」新發現　　中新網上海3月5日電 (鄭瑩瑩 鄒詩敏)中國電影《夏洛特煩惱》中有這麼一個片段：　　夏洛：大爺，樓上322住的是馬冬梅家嗎？大爺：馬冬什麼？　　夏洛：馬冬梅。大爺：什麼冬梅啊？　　夏洛：馬冬梅啊。大爺：馬什麼梅啊？　　夏洛：……行，大爺，您先涼快吧。大爺：好嘞。