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成年大腦也發育

2020-7-12 9:28:15      點擊:

科學家此前曾在小鼠身上觀察到了成年神經發生現象,這種現象指的是在完全發育成熟的成年動物大腦海馬體中產生新的神經元。不過新產生的神經元如何在功能上整合進已有的大腦回路中,這個問題的答案目前尚不知曉。近期研究者發現,在小鼠睡眠期間的記憶鞏固過程中,這些成年期產生的神經元發揮著此前未知的重要作用。相關研究 6 月 4 日發表于《神經元》。

已有的研究表明,人類成年新生神經元(ABNs)的存在與記憶過程和神經突觸可塑性有關,因此從理論上來講,成年新生神經元很可能也參與到睡眠期間記憶鞏固的過程中。當動物學習執行新任務時,海馬體神經元會不斷重復相應的活動模式,但成年新生神經元在睡眠期間發揮的作用目前仍不明確。

日本筑波大學綜合睡眠醫學國際研究所副教授 Masanori Sakaguchi 與合作者發現,成年新生神經元對小鼠快速眼動(REM)睡眠期間的突觸結構重塑和記憶鞏固過程至關重要。

“本次研究首次揭示了成年新生神經元在動物睡眠期間的活動和功能。我們的結果將有助于進一步揭示成年新生神經元具體通過何種機理參與了睡眠期間的記憶功能。” 文章第一作者 Sakaguchi 說。

研究人員利用新技術對自然狀態下小鼠睡眠期間 4 小時內的神經元活動進行可視化成像,在此過程中觀測到了成年新生神經元的活動。小鼠每次快速眼動睡眠期通常持續不超過一分鐘,為了更好地利用這些機會,研究者通過光遺傳學技術對小鼠快速眼動睡眠期間成年新生神經元的活動實行了精確控制。光遺傳學技術對神經元進行基因編輯,使這些神經元可以由科學家通過光照進行刺激。

最開始,Sakaguchi 團隊發現,剛產生不久的成年新生神經元在小鼠睡眠期間幾乎沒有活動,這一點有些出乎意料。不過,當他們讓小鼠學習一種新的恐懼記憶(輕微的足部電擊)時,他們觀察到一小部分成年新生神經元被激活了,并且在其后的快速眼動睡眠期間重新被激活。

Sakaguchi 解釋道:“雖然在動物成功學習了一種記憶之后,成年新生神經元在快速眼動睡眠期的活動水平就會有所降低,但睡眠中的記憶鞏固過程仍會重新激活小鼠在學習期間激活的那些成年新生神經元。”

因此,一旦成年新生神經元的活動被抑制,動物整體的記憶鞏固功能就會削弱。研究人員發現在小鼠快速眼動睡眠期間,不管是用光照提高還是降低成年新生神經元的活性,都會導致小鼠出現記憶障礙——這表明要保證記憶鞏固功能的正常,快速眼動睡眠期間成年新生神經元的活動必須處于協調的狀態。

未來需要探索的問題還有很多:快速眼動睡眠期間成年新生神經元的重新激活是如何鞏固記憶的?這些神經元的重新激活是否代表著記憶回放?是什么在快速眼動睡眠期間協調成年新生神經元的活動?成年新生神經元又是如何參與下一階段的記憶整合的?

對此,Sakaguchi 表示:“我們相信這些機制對新生神經元在功能上融入已有神經回路的過程至關重要。總的來說,研究這些問題一定會幫助人們開發新的治療策略,讓受損的大腦再生。”

相關論文信息:http://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.05.008

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