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成人脑干新神经元的分支连接

调整其结构时,成年大脑就像雕刻家一样工作-从所需的更多内容开始,因此它可以消除多余的部分以获得完美的设计。这是一项实时跟踪成年小鼠大脑中发育细胞的新研究的结论。

新的脑细胞开始于一个过度生长的时期,发出大量的神经元分支,然后大脑修剪掉连接。《自然神经科学》(Nature Neuroscience)中描述的这项发现表明,成年大脑中的新细胞与胚胎大脑中的新细胞比科学家以前认为的要多,并且可能对理解自闭症,智力障碍和精神分裂症等疾病有影响。

Salk研究所的遗传学实验室教授,Vi和John Adler年龄相关的神经退行性疾病研究主席,该研究的资深作者Rusty Gage说:“我们对修剪的程度感到惊讶。”

尽管大脑的数十亿个细胞中的大多数是在出生前形成的,但盖奇和其他人先前曾证明,在哺乳动物大脑的某些特定区域中,干细胞在成年期会发育成新的神经元。在这项新研究中,盖奇的研究小组专注于齿状回中的细胞,该区域位于大脑深处,被认为负责形成新的记忆。科学家使用一种新的显微镜技术来观察在成年小鼠的齿状回中形成的新细胞。

Gage实验室的研究助理,新论文的第一作者TiagoGonçalves说:“这是我们首次能够对在活体动物中生长的齿状神经元进行成像。”

索尔克(Salk)科学家展示了成年大脑如何修剪新神经元的分支连接。在一个多月的时间里,Salk团队跟踪了正在生长的神经元上每个新的神经分支(称为树突)以及被修剪掉的每个树突。在这里,显示了一个单元格的分支-新的树突呈绿色,修剪掉的树突呈橙色,自上次快照以来既发育又被修剪掉的树突呈粉红色。信用:索尔克研究所

贡萨尔维斯(Gonçalves)和盖奇(Gage)在数周内每天跟踪一次神经元的生长。当动物被安置在有大量刺激的环境中(如运转的轮子,塑料管和圆顶)时,新细胞迅速生长,发出数十个树突,这些树突接收周围神经元发出的电信号。当将它们放在空旷的房间里时,新的神经元的生长速度会稍微变慢,平均而言,树突的数量减少了。但是,在两种情况下,新细胞的树突开始被修剪掉。

贡萨尔维斯说:“真正令人惊讶的是,最初生长更快,变得更大的细胞被修剪掉了,最终它们变得与所有其他细胞相似。”他和他的同事继续表明,改变信号传导途径可以模仿复杂环境的某些影响-细胞最初生长更多,但也被修剪得更早。

那么,为什么大脑会花费更多的能量来形成过多的树突呢?研究人员怀疑,神经元起始的树突越多,其修剪正确分支的灵活性就越大。

Gage说:“结果表明,存在很大的生物学压力来维持或保留这些神经元的树突树。”

神经元树突的缺陷与许多脑部疾病有关,包括精神分裂症,阿尔茨海默氏病,癫痫和自闭症。在胚胎发育和成年期间绘制大脑如何塑造这些分支的图表可能是了解心理健康的关键。

贡萨尔维斯说:“这对再生医学也有很大的影响。”“我们可以用新的干细胞替代大脑这个区域的细胞,并且它们会以同样的方式发育吗?我们还不知道。”

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