近日，Pittsburgh大學(xué)研究人員的一項研究挑戰了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域存在已久的假設。研究表明，大腦利用不同的傳輸位點(diǎn)(而非共享位點(diǎn))來(lái)實(shí)現不同類(lèi)型的可塑性。相關(guān)成果已發(fā)表于《Science Advances》期刊，為我們深入理解大腦如何在穩定性與靈活性之間取得平衡提供了新的視角。

神經(jīng)元通過(guò)突觸傳輸這一過(guò)程進(jìn)行交流，其中一個(gè)神經(jīng)元在突觸前末端釋放被稱(chēng)為神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)信使。這些分子穿過(guò)微小的突觸間隙，并與相鄰突觸后神經(jīng)元上的受體結合，從而觸發(fā)響應。

傳統觀(guān)點(diǎn)認為，自發(fā)傳輸（隨機發(fā)生的信號）和誘發(fā)傳輸（由感覺(jué)輸入或經(jīng)驗觸發(fā)的信號）均源自同一種典型的突觸位點(diǎn)，并依賴(lài)于共享的分子機制。然而，由神經(jīng)科學(xué)副教授Oliver Schlüter領(lǐng)導的研究團隊利用小鼠模型發(fā)現，大腦實(shí)際上使用獨立的突觸傳輸位點(diǎn)來(lái)調控這兩種類(lèi)型的活動(dòng)，每種活動(dòng)都有其專(zhuān)屬的發(fā)展時(shí)間線(xiàn)和調控規則。

“我們聚焦于視覺(jué)處理起始區——初級視覺(jué)皮層，”該研究的第一作者、神經(jīng)科學(xué)系的研究助理Yue Yang表示。“我們原本預期自發(fā)傳輸和誘發(fā)傳輸會(huì )遵循相似的發(fā)展軌跡，但結果發(fā)現它們在眼睛睜開(kāi)后開(kāi)始分化。”

隨著(zhù)大腦開(kāi)始接收視覺(jué)輸入，誘發(fā)傳輸持續增強，而自發(fā)傳輸則趨于平穩，這表明大腦對這兩種信號模式施加了不同程度的控制。

圖片信息：在單個(gè)棘上存在混合傳播位點(diǎn)。

為探究原因，研究人員施加了一種化學(xué)物質(zhì)以激活突觸后側原本處于靜默狀態(tài)的受體。這導致自發(fā)活動(dòng)增加，而誘發(fā)信號則未受影響——這強有力地證明了這兩種類(lèi)型的傳輸通過(guò)功能不同的突觸位點(diǎn)進(jìn)行操作。

這種區分可能使大腦能夠通過(guò)自發(fā)信號維持穩定的背景活動(dòng)，同時(shí)通過(guò)誘發(fā)信號來(lái)優(yōu)化與行為相關(guān)的通路。這一雙重系統支持著(zhù)穩定狀態(tài)和 經(jīng)驗依賴(lài)的可塑性，即在學(xué)習過(guò)程中增強神經(jīng)連接的機制。

“我們的發(fā)現揭示了大腦的一種關(guān)鍵組織策略，”Yang 說(shuō)。“通過(guò)分離這兩種信號模式，大腦可以保持穩定，同時(shí)依然靈活地適應和學(xué)習。”

突觸信號的異常與多種情況有關(guān)，該發(fā)現顛覆了突觸單一傳輸位點(diǎn)傳統認知，對該系統在大腦中運行機制的深入了解，或能幫助研究人員識別神經(jīng)機制的復雜性。

“了解大腦如何正常分離和調控不同類(lèi)型的信號，有助于我們更接近揭示神經(jīng)和心理狀態(tài)中可能出現的問(wèn)題，”Yue Yang總結道。

期刊：Science Advances

DOI：10.1126/sciadv.ads5750