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研究发现运动神经元主内主外分工机制阿肯色大学(University of Arkansas)一份研究发现,大脑运动皮层的神经元有着明显的“主内和主外”之分。这一发现有助于了解神经系统紊乱疾病如雷特综合症(Rett Syndrome,也称泛自闭症)的成因。

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阿肯色大学研究人员进行的一项研究表明,大脑运动皮层中的神经元表现出意想不到的分工,这一发现可以帮助科学家了解大脑如何控制身体并提供某些神经系统疾病的洞察力。

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ued赫塔菲官方 ,成人的脑细胞是死一个少一个,还是有持续新生的能力?到目前为止,关于成年之后神经发生在灵长类的皮层和海马是否存在一直存在争议。半个世纪以来,不同的科学家使用不用的实验方法得出了不一样的结论,让寄希望于借助新生神经元预防和治疗神经系统疾病的人们一时欣喜一时失望。

研究人员研究了大鼠运动皮层中的神经元,发现它们分为两组:外部聚焦神经元与身体的不同部位进行通信并控制它们,而内部聚焦的神经元只能相互通信并且不能相互交流。 t将信号发送到身体的其他部位。研究人员还发现,当它们增加对运动皮层神经元的抑制作用时,外部聚焦的神经元会转向内部聚焦。

研究者们对老鼠大脑运动皮层的神经元研究后发现,它们分成两组:“主外”的神经元负责大脑与身体不同区域的通信;“主内”的神经元只负责神经元之间的通信,不会向身体其它区域发送任何信号。这是出乎研究者意料的发现。

2018年一个由美国加州大学旧金山分校、西班牙瓦伦西亚大学、复旦大学和加州大学洛杉矶分校等组成的国际研究团队,先后在Nature、 Cell Stem Cell杂志发表文章显示,随着年龄的增加,成年人脑海马区域内的神经干细胞和新生神经元的数量急剧减少,应用现有的实验方法,几乎无法检测到。然而也有不少成果认为成年人体中存在神经再生。这一次,刚刚在线发表于《自然•医学》的一项研究带来了振奋人心的好消息!来自西班牙马德里自治大学的科学家们,采用“严格控制条件下获得的大脑样品和最先进的组织处理方法”,在健康成年人脑中的海马区观察到新的神经元产生,而且这种新生能力终生持续,至少可以更新到90岁!

抑制性信号传导的改变与许多脑部疾病有关,物理学副教授Woodrow Shew解释道。当我们增加运动皮层的抑制作用时,那些负责控制身体的神经元变得更加内向。这意味着从运动皮层发送到肌肉的信号可能被正常的杂乱内部信号破坏。不存在。

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海马区是大脑中与学习记忆有着密切关系的一个脑区,它的变化也与多种神经系统疾病有关。以最常见的神经退行性疾病阿兹海默病为例,患者的海马区会受到严重影响,海马齿状回部位的细胞形态发生明显改变。海马区也是科学家研究成体新生神经元时最为关注的区域。

Rett综合症是一种罕见但严重的神经系统疾病,是与抑制作用增加相关的脑疾病之一。Shew计划进一步研究这些研究结果对Rett综合征的影响。

​研究者们还发现,如果抑制运动皮层的神经元,那些主外的神经元就会自动承担主内,即内部通信的任务。

此次Maria Llorens-Martin博士领衔的研究团队首先检查了13名年龄在43岁——87岁的死者大脑。这些研究对象来自西班牙当地的脑库,经过科学家对其病例的仔细评估,确保死前没有患任何神经疾病或认知障碍,神经系统处于健康状态。

物理教授Woodrow Shew说,这意味着由运动皮层送给肌肉的信号有可能受到内部信号的干扰,从而发生神经系统紊乱。

通过免疫荧光染色的方法,研究人员在脑组织样本中的海马齿状回部位观察到数千个表达DCX的细胞。DCX在处于分裂相的神经元和分裂后的子神经元早期有表达,通常被用来指示新生的神经元。为确认DCX信号的可靠性,研究者用了四种不同的DCX抗体来确认齿状回的阳性信号,同时在其他脑区以及海马区的其他亚区只有阴性信号。

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▲优化组织处理方法后,在神经系统健康的成年人脑组织中,海马齿状回可以观察到DCX阳性的新生神经元

​雷特综合症好发于青春期前的女孩,导致运动、思考、社交行为障碍、不善于语言表达、搓手、玩手,还有脊椎僵硬,更严重的是呼吸困难、癫痫。

同时,对代表神经元不同发育阶段的分子标志物进行免疫组化的结果表明,这些新生细胞处于向成熟神经元分化的各个阶段,并且具有不同的形态特征。这个结果意味着,在神经系统健康的成年人脑中,海马区神经元的新生是个持续不断的过程,并且有可能添加到既有的神经网络中发挥功能。

这份研究近期发表在《自然.通讯》(Nature Communications)期刊上。

有意思的是,这项研究还用免疫染色的方法检查了45名年龄在52——97岁的AD患者的死后大脑。与神经系统健康者相比,AD患者的新生神经元不仅比同龄人要少得多,也少于正常衰老的年长者。而且,新生神经元不仅总数更少,分化为成熟神经元的比例也更低,也就意味着能够加入神经网络的细胞更少。这一结果更加说明,AD并非生理性的衰老,而是一种神经系统遭到破坏的疾病。

▲AD患者的海马齿状回中,DCX阳性的新生神经元数量显著少于健康人,且病程越重,新生神经元越少

那么,为什么这次的研究结果会和过去未检测到成年新生神经元的研究结果不一样呢?虽然研究方法类似,都是对死后人脑组织的免疫染色分析,但Maria Llorens-Martin博士指出,原因很可能在于这次他们优化了大脑组织的处理方法,获得了质量更好的组织样本。

就以死后取得大脑进行固定处理的时间来看,此次研究样本的死后处理时间几乎都控制在2.5小时——10小时,而此前Arturo Alvarez-Buylla教授未检测到新生神经元的研究中,这个处理时间长达48小时,时间的延迟很有可能造成标记物DCX信号显著下降,使研究者未能观察到新生神经元。

另外,也有研究发现在人类海马脑区未发现DCX阳性神经元,为何存在这种差异。研究人员通过实验发现出现上述差异的两个可能的原因:1.他们认为这可能与组织切片的固定条件和处理过程有关。2.长期储存在脑库中的组织切片使DCX阳性神经元数量急剧减少,这可能是储存条件不稳定引起的。这些免疫标记物的稳定性和标本的处理方法就格外重要。

▲组织固定对海马成年神经再生可视化的影响

关于海马成年神经再生一直存在争议,如果说是免疫荧光标记离体脑片过程中实验条件的不同导致出现不同的结果,这种可能性也存在。然而在2018年Sebastian Jessberger等人利用双光子显微镜对海马DG区实现了长达两个月的动态活体观察,发现成年后小鼠海马DG区确实存在神经再生。这为海马成年神经再生提供了强有力的证据,但是真相究竟如何,还得进一步等待研究。

尽管研究还不能确定在成人脑中观察到的新生神经元从数量和功能上是否能够为修复损伤、治疗神经疾病提供支持,不过至少,能够持续更新到90岁的大脑让我们倍感励志。