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华裔学者俞洪波详解大脑神经胶质细胞新功能

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-03-15 编辑:语录

作者:李健亚资料来源:新京报,2008

中国学者于洪波阐述了大脑神经胶质细胞的新功能

研究发现,当大脑像星星一样发光时

以前被认为无用的细胞甚至可以对神经元等刺激做出反应,使大脑像银河系一样发光

“神经胶质细胞”是大脑中的海绵 科学家认为它们支持我们的大脑作为填充物。 一项新的研究发现,神经胶质细胞也参与大脑工作。 这个结果可能让我们重新发现有机体中最神秘的器官。

这项研究是由麻省理工学院的舒默和在美国学习的中国学者于洪波组成的研究小组完成的。结果发表在最近的杂志《科学》(科学)上 记者采访了于洪波 他详细解释了整个研究过程。

探索“大脑丛林”的方法

如果你是美国电视连续剧《豪斯医生》的粉丝,那么你就不会不熟悉“功能磁共振成像” 它被称为“大脑功能磁共振” 它一直是科学家探索大脑功能的工具。 它允许研究人员直接进入“大脑丛林”

大脑包含数千亿个神经元,其中充满了更多的神经胶质细胞。 “正如你所能想象的,如果我们能在现场,在激动的头脑中,它会被闪电一个接一个地闪烁,密如网 “于洪波解释说,现代大脑成像技术使我们能够实现这个梦想 研究人员像孙武空一样缩小了体型,进入铁扇公主的颅腔。他们把自己放在脑细胞的丛林中,观察这些细胞。 “了解每个神经元的电活动可以解开大脑的秘密 “

但是功能磁共振成像也有它的缺点 它的信号源不明确。多年来,研究人员不知道大脑活动是如何产生功能磁共振信号的。因此,对功能磁共振成像结果的解释非常仔细。同时,功能磁共振成像检测非常广泛,其分辨率在空之间是毫米级,而在1毫米见方的皮层中有数十万个神经元,所以人们无法知道特定单个神经元的信息。 记录单个神经元电活动的传统方法是将其微小电极插入大脑,但一个电极最多只能记录几个细胞,这就像大海捞针一样。

2001年,于洪波所在的麻省理工学院建立的新系统解决了这个问题。 “它最初用于形态学研究。2003年,我和我的同事将其应用于活雪貂的长期形态学研究,并取得了成功。 "

该系统的核心是双光子激光成像 “分辨率可以小于一微米,比头发直径小一百倍 “研究人员用各种荧光染料给大脑贴上标签。如果荧光分子遍布细胞,研究人员可以看到动物大脑中细胞的整体状态 例如,如果染料与大脑活动有关,在神经元产生动作电位后,细胞中钙离子的浓度会大大增加。如果使用特殊的钙离子染料,当钙浓度增加时,荧光将增加。当钙浓度降低时,荧光减弱,从而可以检测细胞的反应强度。

结论脑功能成像的奥秘可以通过扩展来解决。

星形胶质细胞的功能区与神经元完全匹配。如此精确的意义是什么?麻省理工学院教授谈到了之前的推测,即神经胶质细胞可能与血流有关。

研究人员立即回忆起实验中观察到的一个有趣现象:星形胶质细胞只在非常特定的麻醉水平下做出反应,这与我们多年来在血流相关脑功能成像中总结的“神奇阈值”完全一致。 “当星形胶质细胞反应时,脑功能成像的血流信号也很强,反之亦然 "

此后,研究人员通过实验证实了这一猜想:神经元的精确功能区与星形胶质细胞的精确功能区相匹配,星形胶质细胞控制局部血管的扩张,从而精确控制局部血流的变化,从而为包括功能磁共振成像在内的脑功能成像提供了信号源 即使神经元反应正常,只要星形胶质细胞没有反应,大脑功能成像信号几乎完全消失

于洪波解释说,在大脑功能成像研究开始时,有许多未解决的问题。人们知道脑血流量与功能有关,但他们不知道如何实现它。 例如,大脑的功能反应是否加倍,大脑血流量是否也线性增强,这涉及到成像研究的基本解释。 这些年来有许多解释,但也有许多矛盾。 星形胶质细胞的发现揭开了大脑功能成像的秘密。此时,距离已经在脑功能成像中广泛应用了十多年。

对此,德国马克斯普朗克研究所的两位科学家在同一时期发表的一篇特别评论(科学)中说:“单一星形胶质细胞的独特反应模式完全挑战了先前的学术观点。”

《科学》对这一结果发表了评论,称:它可能解决了一个长期未解的科学之谜:为什么作为当代脑功能成像方法基础的脑血流与脑功能密切相关?

异常现象胶质细胞总是“慢拍”

2005年,于洪波和他的同事舒默开始了钙离子成像实验。 他们以雪貂为实验对象,用钙离子荧光染料标记雪貂特定大脑区域的所有细胞。 “成千上万的细胞像天空中的星星一样,一个接一个地闪闪发光 “

当研究人员向实验动物展示不断变化的模式时,细胞群的发光模式也发生了变化:一个瞬间就像旋转的风车,另一个瞬间是闪烁的薄云 研究人员看到这样的场景很兴奋。 然而,在进一步仔细观察后,发现一些闪烁明显是“慢一拍” “这是前所未见的 “

起初,研究人员认为它们可能是一种独特的神经元 于洪波解释说,人脑中有1000亿个神经元,它们形成一个极其复杂的神经网络,处理各种神经信息。他们是各种大脑功能的载体,如感觉、运动、学习、记忆、思考和创造。 神经胶质细胞的数量是神经元的10倍,但长期以来,它仅被认为是神经元之间的填充物,同时为神经元提供营养。

为了识别这些慢拍细胞,研究人员在下一个实验中添加了另一种染料来标记星形胶质细胞,以便从视频中去除它们,只留下受试者的神经元以便更好地观察。

“我们错了!”那天深夜,他们发现这些“慢节奏”都是星形胶质细胞。 第二次和第三次,研究人员改变了各种指标,结论是一样的。 星形胶质细胞一直在反应

在发现“慢节奏”星形胶质细胞后,研究人员测试了星形胶质细胞,以比较一系列以前被认为是神经元独有的特征 实验结果表明星形胶质细胞具有这些特征,甚至更强。 “像神经元一样,具有相同特征的星形胶质细胞聚集在一起形成非常严格的功能区 “

他们得出结论,星形胶质细胞和神经元的功能区完全匹配,即使在完全不同的功能区的边界

特殊意义重新理解神经系统疾病

这一发现自《科技评论》(科学)发表以来,引起了广泛关注 医学研究的新方向可能会在这里出现。 《科学》指出:“当星形胶质细胞反应异常时,它们可能会引起一系列神经系统疾病。”

在神经胶质细胞的研究中,中国科学家走在世界的前列。 中国科学院脑科学研究所段淑敏院士2006年在《科学美国人》杂志上发表论文,表明——NG2神经胶质细胞,另一种神经胶质细胞,具有学习记忆相关的反应特点,在当时学术界引起轰动。 “尽管我们的基本研究概念是相同的,但我们需要重新评估神经胶质细胞的功能 ”于洪波强调道

例如,以前对大脑功能的基础研究大多集中在神经元异常上。例如,癫痫被认为是由神经元过度兴奋引起的大脑大区域的异常反应。 但是当星形胶质细胞的新功能被发现时,这种观点可能有了新的视角:它们与异常的胶质细胞有关吗?

于洪波指出,在一些阿尔茨海默病模型中发现,患者的功能性血流变化非常微弱,但神经元反应的异化并不明显。 这强烈暗示星形胶质细胞可能参与其中

因此,相应的治疗将集中于神经胶质细胞 类似地,先前的研究表明癫痫患者的神经胶质细胞形态不同于普通人。根据于洪波和其他研究人员的结果,这很可能意味着异常的血流控制,这反过来将导致大脑区域的大规模异常。

研究人员还发现星形胶质细胞也可以改变神经元之间的连接效率。当它们失败时,一个小的刺激将触发一个长期的异常反应。 这些特征为神经系统疾病的现有研究提供了另一种研究方法。在几乎所有领域,研究人员都可以进行另一种评估。它们与神经胶质细胞有关吗?可以制定基于神经胶质细胞的治疗计划吗?

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脑神经胶质细胞的新功能

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