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          科研進展
          趣赢趣赢家探索“大腦神經網絡形成之謎”獲重要進展
          發佈時間:2012-05-10        瀏覽次數:0

                 經3年多潛心研究  ,趣赢神經生物學研究所禹永春副教授領銜的課題組與美國紐約斯隆凱特琳癌症研究中心時鬆海課題組合作在“腦神經環路發育研究”方面取得重要進展,該成果首次發現腦神經元間由“電突觸”介導的信息交流在大腦皮層神經環路發育中有重要作用。該研究不僅爲趣赢家深入研究大腦皮層神經網絡形成之謎提供了重要啓示 ,也爲腦神經環路發育異常相關疾病(如小兒癲癇、自閉症、智力發育遲滯等)的診斷和治療提供了新思路和新靶點 。5月3日該成果已在線發表在世界頂級科技學術期刊《自然》(《Nature》)雜誌上  。

                 研究發現,大腦皮層是由上百億個神經元構成的複雜網絡 ,大腦中一個神經元與另一個神經元相接觸的部位叫做“突觸” ,它是神經元之間在功能上發生聯繫的部位,也是信息傳遞的關鍵部位 ,神經元與神經元之間的相互“交流”依賴於突觸  ,這些彼此聯繫的神經元構成一定的神經環路來發揮大腦的高級功能。研究表明所有動物神經元上通常有大量的包括興奮性或抑制性細胞在內的“突觸”,趣赢家把大腦中突觸前細胞通過釋放特殊化學物質將信息轉送到突觸後細胞,稱之爲化學突觸;把藉助於電信號傳遞信息 ,稱爲“電突觸” ,也稱縫隙連接,其交流規律是 ,當“突觸後細胞”接收到“突觸前細胞”發出的不同“電信號”時 ,就會使大腦分別產生興奮、興奮性上升或下降、或不易產生興奮等神奇現象 ,“電突觸”因而被普遍認爲在神經元相互信息交流中有重要作用。目前對“電突觸”重要功能的研究已日益成爲神經趣赢家關注的“重中之重” 。

                 千百年來,神經趣赢家都在考慮和研究一個重大問題,大腦皮層中的神經突觸環路是怎樣形成的 ?這些神經環路的形成有沒有什麼基本規律可循?研究表明,在哺乳動物大腦皮層發育早期興奮性神經元之間存在着大量的“電突觸” ,然而 ,隨着大腦皮層不斷髮育,神經元間“電突觸”聯繫逐漸消失 ,取而代之的是化學性突觸 。到目前爲止 ,人們對“化學性突觸”研究有所深入,但對“電突觸”在腦皮層神經環路發育中發揮的作用卻知之甚少。

                 爲了探索大腦“電突觸”之奧祕,禹永春等研究人員通過改變興奮性神經元間“電突觸傳遞”的方法,首次探明瞭“電突觸”在腦皮層神經環路發育中的重要作用,即通過在體胚胎小鼠腦室微量注射“逆轉錄”病毒 ,首先標記出腦皮層上具有高親緣性的同克隆羣“姐妹神經元”。研究中 ,他們發現了一個有趣的現象:在發育早期神經環路記錄中 ,高親緣性姐妹神經元間較非姐妹神經元有着更緊密的“電突觸”聯繫 ,並隨着發育姐妹神經元間“電突觸”聯繫逐漸減少 ,進而“化學性突觸”逐步取代了“電突觸”。那麼 ,姐妹神經元早期表達的“電突觸”有什麼作用呢?

                 禹永春等的進一步研究發現,“電突觸聯繫”在姐妹神經元間同步化放電中有關鍵的作用 ,即在接收到相同神經信號的條件下,姐妹神經元間更容易誘發同步化動作電位反應 。因此,可以認定,神經元間電突觸的“信息交流”爲“進化”到化學性突觸聯繫提供了重要的準備 。爲了更進一步研究“電突觸”對化學性突觸發育的影響,禹永春等巧妙地利用分子生物學的方法選擇性地關閉姐妹神經元“電突觸”通道,令人吃驚奇的一幕發生了:通道關閉後 ,姐妹神經元之間的化學突觸聯繫顯著下降,但是非姐妹神經元之間的化學突觸聯繫沒有受到影響。

                 上述研究結果表明,大腦皮層神經環路發育是有一定規律的 ,即神經元親緣性越高越容易形成神經突觸聯繫,更爲重要的是 ,神經元親緣性是由“電突觸”聯繫在一起的 。該成果首次揭示了“電突觸”和“化學突觸”之間的因果聯繫 ,換言之 ,在大腦皮層發育過程中如果沒有電突觸就不會形成化學突觸 。電突觸引發的腦神經環路障礙參與了導致衆多中樞神經系統發育異常疾病的發生,該成果破解了腦皮層環路發育過程中神經元間相互交流的“祕密語言” ,爲人類深入探索大腦的奧祕向前邁出重要一步 ,對人類由神經環路發育異常引起的相關疾病的診斷和治療有重大意義。

                 據悉 ,禹永春博士是2009年趣赢神經生物學研究所、趣赢腦趣赢研究院、趣赢醫學神經生物學國家重點趣赢引進的青年PI 。此項研究合作雙方爲共同通訊作者 ,禹永春同時爲第一作者 ,趣赢爲第一通訊單位 。

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