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Nature:大脑的平衡艺术

2019-10-11 21:28:11 | 来源: 食材

日前,来自加州大学圣迭戈分校的科学家们在《自然》杂志上报告称,他们发现了大脑维持内部平衡的一个基础机制。大脑中的神经元会收到大量来自兴奋神经元的刺激信号,同时也会收到抑制神经元发送的信号。研究人员指出,对于接收信号的单个神经元而言,这两种信号的总量需要保持一个恒定的比例,即E/I比。

研究显示,在小鼠大脑皮层的神经元中,给定时间的E/I比是一个常数。由于哺乳动物的大脑基础结构在种属之间高度保守,很可能人类大脑也存在着这样的情况。论文共同作者MassimoScanziani教授表示:“大脑中的神经元同时受到刹车和加速装置的控制,”也就是说,你不可能纯粹通过兴奋性神经元或抑制性神经元来进行刺激。兴奋性信号和抑制性信号处于一场拉锯战中,这虽然看起来很奇怪,但实际上却非常巧妙。在此基础上,大脑能够极其微妙地控制神经元对刺激的应答。”例如,刺激和抑制一直彼此关联,就可以避免神经元出现永久性活化或沉默(抑制)。

研究人员通过实验揭示了,大脑维持E/I比的具体机制。他们发现,这种调控是由抑制性神经元执行的,抑制性神经元会根据兴奋性刺激,适当地增强或削弱抑制性突触。突触是两个神经元之间的连接处,信号在此处被放大的程度就是突触强度。Scanziani解释道:“我们的研究显示,抑制性神经元是大脑中的主要调控者,负责确保抑制性突触与细胞收到的兴奋性刺激相匹配。”举例来说,如果一个神经细胞收到的兴奋性刺激加倍了,那么在几天内抑制性突触的强度也会随之翻番。

研究人员认为,自闭症、癫痫和精神分裂症等神经疾病都与大脑保持理想E/I比的能力有关。此外,帕金森症、亨廷顿舞蹈病等一些神经退行性疾病,也很可能与E/I平衡发生改变有关。他们表示:“E/I平衡被打破,会完全改变我们对世界的感知。我们将无法正确调节和适应日常生活中的各种刺激。E/I失衡最容易在社交互动中引起注意,因为社交活动需要特别微妙的神经元调节。现在我们知道了正常到脑调控E/I平衡的具体机制,可以着手解决疾病状态中出现的相关问题,为通过治疗手段恢复大脑平衡奠定基础。”

原文检索:

MingshanXue,BassamV.Atallah&MassimoScanziani.Equalizingexcitation–inhibitionratiosacrossvisualcorticalneurons.Nature,22June2014;doi:10.1038/nature13321

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