研究人員在小鼠腦細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)用于記憶的渦輪增壓器

科學(xué)家們早就知道，學(xué)習(xí)需要鈣流入和流出腦細(xì)胞。但哥倫比亞祖克曼研究所的研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，來自神經(jīng)元內(nèi)部的大量鈣也可以促進(jìn)學(xué)習(xí)。這一發(fā)現(xiàn)來自對老鼠如何記住他們探索的新地方的研究。

今天發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這項新研究并不建議你應(yīng)該喝更多富含鈣的牛奶來通過數(shù)學(xué)課。它提供了對學(xué)習(xí)和記憶基礎(chǔ)機(jī)制的更好理解：有助于闡明阿爾茨海默病等疾病的知識。

我們在這項新工作中研究的細(xì)胞位于海馬體中，這是受阿爾茨海默病影響的第一個大腦區(qū)域。了解允許這些腦細(xì)胞編碼記憶的基本原理將為了解這種疾病的問題提供巨大的見解。”

Franck Polleux，博士，哥倫比亞大學(xué)祖克曼研究所首席研究員

大腦的學(xué)習(xí)和記憶能力——從我們的第一句話和第一步到我們停車或留下鑰匙的地方——取決于神經(jīng)元相互連接的間隙，稱為突觸。隨著時間的推移，細(xì)胞交換信息的突觸可以被修改。這種體驗的延展性，稱為可塑性，依賴于鈣離子在大腦中的流動方式。

幾乎所有關(guān)于鈣在可塑性中所起的作用的研究都集中在它如何通過神經(jīng)元表面的通道沖進(jìn)和沖出突觸。二十多年來，科學(xué)家們一直懷疑神經(jīng)元內(nèi)的鈣儲備也可能在塑造可塑性方面發(fā)揮重要作用。但直到現(xiàn)在，科學(xué)家們還沒有辦法研究從這些內(nèi)部水庫中排出的鈣對哺乳動物大腦的影響。

“很長一段時間以來，沒有好的工具可以真正探測活體動物的這種細(xì)胞內(nèi)鈣釋放，”Polleux 實驗室的博士后研究員和第一作者 Justin O'Hare 博士說。 Attila Losonczy，醫(yī)學(xué)博士，博士，哥倫比亞 Zuckerman 研究所。

在對老鼠的新研究中，Polleux 實驗室和 Losonczy 實驗室專注于海馬體，這是大腦中記憶中心的海馬形區(qū)域。具體來說，科學(xué)家們分析了金字塔形神經(jīng)元，這些神經(jīng)元可以編碼海馬區(qū) CA1 中的位置記憶，稱為位置細(xì)胞。

“位置細(xì)胞是我們不僅可以創(chuàng)建世界地圖的關(guān)鍵工具之一，而且還可以將一個地方與某物聯(lián)系起來，例如獎勵、顏色、氣味、任何東西，”Polleux 博士說，他也是一名研究人員。哥倫比亞瓦格洛斯內(nèi)科外科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授。“最大的問題是，‘這些細(xì)胞是怎么做到的?’”

為了回答這個問題，研究人員讓老鼠在跑步機(jī)上跑步，皮帶由三種不同的織物制成，并飾有亮片、毛茸茸的絨球和其他裝飾品。這些裝飾提供了關(guān)于腰帶上特定位置的視覺和觸覺感官提示。這些小鼠大腦中的位置細(xì)胞已經(jīng)過基因改造，可以響應(yīng)激光而開啟，這種技術(shù)被稱為光遺傳學(xué)。這使研究人員能夠?qū)⑦@些位置細(xì)胞調(diào)整到皮帶上的特定位置。

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