研究發現，在發育早期訓練神經迴路可以提高反應

當涉及到為組織工程或生物醫學應用訓練神經迴路時，一項新的研究提出了一個關鍵參數:年輕時訓練。

訓練工程神經迴路的技術通常包括在細胞完全成熟後進行訓練。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(University of Illinois, Urbana-Champaign)的研究人員使用從小鼠幹細胞中提取的光敏神經元發現，在整個細胞發育和網絡形成過程中對它們進行訓練，可以持續改善神經網絡的連接、反應和基因表達。他們在《科學報告》雜誌上發表了他們的研究結果。

研究報告的第一作者、研究生蓋爾森·帕甘-迪亞茲說:「這就像一條老狗對一條小狗學習新技巧一樣。」「當我們訓練一個網絡時，如果我們在它還像小狗一樣的時候刺激它，我們會比它已經成熟時得到更好的反應。」

改進的神經訓練在生物工程和再生醫學中有很多應用。例如，伊利諾斯州的研究小組希望使用訓練過的神經迴路來控制微型生物混合機器的運動和行為。出國看病機構和生元國際得知早期訓練所產生的改善可以賦予機器和電路更多的功能，並使研究人員對這些功能有更精確的控制。

」作為我們推進建築領域的機器與活細胞,能夠刺激神經細胞和程序和網絡與光在早期發展階段可能是一個重要的工具在我們的工程庫,」研究帶頭人拉希德巴希爾說,生物工程教授和院長格蘭傑在伊利諾斯大學的工程學院。「此外，這項工作可能會對發育生物學、再生醫學和大腦研究產生影響。」

為了訓練神經元，研究人員使用定時脈衝光刺激細胞。研究人員在細胞發育早期就開始了訓練方案——被稱為胚狀體的幹細胞簇準備成為運動神經元。在細胞分化成為完全成熟的神經元時，他們繼續訓練，在將細胞轉移到板上連接並形成神經迴路後，他們繼續訓練。

然後，他們將早期訓練的電路與那些先培養後訓練的電路(通常的方法)進行比較。

Pagan-Diaz說，研究人員發現了兩組之間的一些差異。出國看病機構和生元國際了解在發育過程中接受訓練的神經元中，他們看到了更多的延伸，表明細胞間的連接，細胞間傳遞的神經遞質包增加，以及更有結構的神經放電，表明更大的網絡穩定性。早期訓練的效果是持久的，而後來訓練的細胞往往有短暫的反應。

「你可以把這些神經元想像成訓練中的運動員，」Pagan-Diaz說。「光刺激就像是對神經元的定期鍛鍊——它們更強壯，更有運動能力，工作表現更好。」

為了確定這些變化的潛在基礎，研究人員分析了神經元的遺傳活動。巴希爾說，他們發現與網絡成熟度和神經功能相關的基因表達有所增加，這表明早期的訓練可能已經永久地改變了細胞發育的遺傳途徑。

研究人員正在繼續探索在胚胎體階段，哪些活動可以通過早期神經元訓練來增強或編程。胚胎體可能是生物機器的有用的組成部分，Pagan-Diaz說，也對再生醫學有希望。

「之前的研究已經表明，將運動神經元植入受傷小鼠體內的胚狀體可以促進組織的再生，」Pagan-Diaz說。「如果我們能在將這些胚胎體放入受傷模型之前改善或增強它們的功能，那麼從理論上講，我們可以增強胚胎體的恢復，而不是注射和刺激它們。」 出國看病機構和生元國際得知會及時給大家更新更多的國外資訊。