马萨诸塞州[美国]，1月29日(ANI):根据麻省理工学院神经科学家的说法，成年人的大脑包含数百万个“沉默突触”，它们是神经元之间不成熟的连接，在它们被招募来帮助形成新的记忆之前保持不活跃。
到目前为止，人们认为沉默突触只存在于发育早期，当时它们帮助大脑学习新信息。然而，麻省理工学院的一项新研究发现，成年小鼠皮层中约30%的突触是沉默的。
研究人员说，这些沉默突触的存在可能有助于解释成年人的大脑如何能够不断地形成新的记忆并学习新事物，而无需修改现有的传统突触。
“这些沉默的突触正在寻找新的连接，当重要的新信息出现时，相关神经元之间的连接就会加强。这项新研究的主要作者、麻省理工学院的研究生Dimitra Vardalaki说:“这让大脑在不覆盖存储在成熟突触中的重要记忆的情况下创造新的记忆，而成熟突触是很难改变的。”
大脑和认知科学副教授马克·哈尼特是这篇论文的资深作者，这篇论文今天发表在《自然》杂志上。Kwanghun Chung，麻省理工学院化学工程副教授，也是一位作者。
一个惊人的发现
几十年前，当科学家们首次发现沉默突触时，它们主要存在于年轻小鼠和其他动物的大脑中。在发育早期，这些突触被认为可以帮助大脑获取婴儿所需的大量信息，以了解他们的环境以及如何与之互动。在小鼠中，这些突触被认为在12天大的时候消失(相当于人类生命的第一个月)。
然而，一些神经科学家提出，沉默的突触可能会持续到成年，并帮助形成新的记忆。这方面的证据已经在成瘾的动物模型中发现，成瘾被认为主要是一种异常学习障碍。
哥伦比亚大学的Stefano Fusi和Larry Abbott在该领域的理论工作也提出，神经元必须表现出广泛的不同的可塑性机制，以解释大脑如何既能有效地学习新事物，又能将它们保留在长期记忆中。在这种情况下，一些突触必须容易建立或修改，以形成新的记忆，而另一些则必须保持更稳定，以保存长期记忆。
在这项新的研究中，麻省理工学院的研究小组并没有专门寻找沉默的突触。相反，他们是在跟踪哈尼特实验室之前的一项研究中一个有趣的发现。在那篇论文中，研究人员表明，在单个神经元中，树突——从神经元中伸出的天线状延伸物——可以以不同的方式处理突触输入，这取决于它们的位置。
作为这项研究的一部分，研究人员试图测量不同树突分支上的神经递质受体，看看这是否有助于解释它们行为上的差异。为了做到这一点，他们使用了由Chung开发的一种叫做eMAP(表位保存放大蛋白质组分析)的技术。利用这项技术，研究人员可以在物理上展开组织样本，然后在样本中标记特定的蛋白质，从而有可能获得超高分辨率的图像。
在进行成像时，他们有了一个惊人的发现。“我们看到的第一件事非常奇怪，我们没有预料到，到处都有丝状足虫，”哈尼特说。
丝状足是一种从树突延伸出来的薄膜突起，以前曾被发现过，但神经科学家不知道它们到底是干什么的。部分原因是丝状足太小了，用传统成像技术很难看到。
在进行了这一观察后，麻省理工学院的研究小组开始尝试使用eMAP技术在成人大脑的其他部分寻找丝状伪足。令他们惊讶的是，他们在老鼠的视觉皮层和大脑的其他部分发现了丝状伪足，其水平比之前发现的高10倍。他们还发现丝状伪足有一种叫做NMDA受体的神经递质受体，但没有AMPA受体。
一个典型的活跃突触具有这两种类型的受体，它们结合神经递质谷氨酸。NMDA受体通常需要与AMPA受体合作来传递信号，因为镁离子在神经元正常静息电位时阻断了NMDA受体。因此，当AMPA受体不存在时，只有NMDA受体的突触不能沿着电流传递，被称为“沉默”。
Unsilencing突触
为了研究这些丝状足是否可能是沉默的突触，研究人员使用了一种被称为补丁夹紧的实验技术的改进版本。这使他们能够监测单个丝状足产生的电活动，因为他们试图通过模仿邻近神经元释放神经递质谷氨酸来刺激丝状足。
使用这种技术，研究人员发现谷氨酸不会在接受输入的丝状足细胞中产生任何电信号，除非NMDA受体在实验中被畅通。研究人员说，这为丝状足代表大脑内沉默突触的理论提供了强有力的支持。
研究人员还表明，通过将谷氨酸释放与来自神经元体的电流结合起来，他们可以“打破沉默”这些突触。这种联合刺激导致AMPA受体在沉默突触中积聚，使其与附近释放谷氨酸的轴突形成强烈的连接。
研究人员发现，将沉默的突触转化为活跃的突触比改变成熟的突触容易得多。
“如果你从一个已经有功能的突触开始，这种可塑性协议就不起作用了，”哈尼特说。“成人大脑中的突触有更高的阈值，可能是因为你希望这些记忆非常有弹性。你不希望它们经常被覆盖。另一方面，丝状伪足可以被捕获来形成新的记忆。”
“灵活而稳健”
研究人员说，这一发现支持了Abbott和Fusi提出的理论，即成年人的大脑中含有高度可塑性的突触，这些突触可以被招募来形成新的记忆。
“据我所知，这篇论文是第一个真正的证据，证明这是它在哺乳动物大脑中实际工作的方式，”哈尼特说。“丝状足让记忆系统既灵活又强健。你需要获得新信息的灵活性，但你也需要保留重要信息的稳定性。”
研究人员目前正在寻找人类脑组织中存在这些沉默突触的证据。他们还希望研究这些突触的数量或功能是否受到衰老或神经退行性疾病等因素的影响。
“完全有可能，通过改变你记忆系统的灵活性，改变你的行为和习惯或吸收新信息会变得更加困难，”哈尼特说。“你也可以想象一下，找到一些参与丝状足的分子，并试图操纵其中一些东西，试图在我们变老时恢复灵活的记忆。”(ANI)
