成年大腦也發(fā)育
2020-06-11 10:42:42
科學(xué)家此前曾在小鼠身上觀察到了成年神經(jīng)發(fā)生現(xiàn)象，這種現(xiàn)象指的是在完全發(fā)育成熟的成年動物大腦海馬體中產(chǎn)生新的神經(jīng)元。不過新產(chǎn)生的神經(jīng)元如何在功能上整合進(jìn)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(fā)現(xiàn)，在小鼠睡眠期間的記憶鞏固過程中，這些成年期產(chǎn)生的神經(jīng)元發(fā)揮著此前未知的重要作用。相關(guān)研究6月4日發(fā)表于《神經(jīng)元》。
已有的研究表明，人類成年新生神經(jīng)元（ABNs）的存在與記憶過程和神經(jīng)突觸可塑性有關(guān)，因此從理論上來講，成年新生神經(jīng)元很可能也參與到睡眠期間記憶鞏固的過程中。當(dāng)動物學(xué)習(xí)執(zhí)行新任務(wù)時，海馬體神經(jīng)元會不斷重復(fù)相應(yīng)的活動模式，但成年新生神經(jīng)元在睡眠期間發(fā)揮的作用目前仍不明確。
日本筑波大學(xué)綜合睡眠醫(yī)學(xué)國際研究所副教授Masanori Sakaguchi與合作者發(fā)現(xiàn)，成年新生神經(jīng)元對小鼠快速眼動（REM）睡眠期間的突觸結(jié)構(gòu)重塑和記憶鞏固過程至關(guān)重要。
“本次研究首次揭示了成年新生神經(jīng)元在動物睡眠期間的活動和功能。我們的結(jié)果將有助于進(jìn)一步揭示成年新生神經(jīng)元具體通過何種機(jī)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(shù)對自然狀態(tài)下小鼠睡眠期間4小時內(nèi)的神經(jīng)元活動進(jìn)行可視化成像，在此過程中觀測到了成年新生神經(jīng)元的活動。小鼠每次快速眼動睡眠期通常持續(xù)不超過一分鐘，為了更好地利用這些機(jī)會，研究者通過光遺傳學(xué)技術(shù)對小鼠快速眼動睡眠期間成年新生神經(jīng)元的活動實(shí)行了精確控制。光遺傳學(xué)技術(shù)對神經(jīng)元進(jìn)行基因編輯，使這些神經(jīng)元可以由科學(xué)家通過光照進(jìn)行刺激。
最開始，Sakaguchi團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，剛產(chǎn)生不久的成年新生神經(jīng)元在小鼠睡眠期間幾乎沒有活動，這一點(diǎn)有些出乎意料。不過，當(dāng)他們讓小鼠學(xué)習(xí)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(jīng)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(xué)習(xí)了一種記憶之后，成年新生神經(jīng)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(xué)習(xí)期間激活的那些成年新生神經(jīng)元。”
因此，一旦成年新生神經(jīng)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(fā)現(xiàn)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(jīng)元的活性，都會導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)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(jīng)元的活動必須處于協(xié)調(diào)的狀態(tài)。
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(jīng)元的重新激活是如何鞏固記憶的？這些神經(jīng)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(xié)調(diào)成年新生神經(jīng)元的活動？成年新生神經(jīng)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(jī)制對新生神經(jīng)元在功能上融入已有神經(jīng)回路的過程至關(guān)重要?？偟膩碚f，研究這些問題一定會幫助人們開發(fā)新的治療策略，讓受損的大腦再生。”
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