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成年大脑也发育

2020-7-12 9:28:15      点击:

科学家此前曾在小鼠身上观察到了成年神经发生现象,这种现象指的是在完全发育成熟的成年动物大脑海马体中产生新的神经元。不过新产生的神经元如何在功能上整合进已有的大脑回路中,这个问题的答案目前尚不知晓。近期研究者发现,在小鼠睡眠期间的记忆巩固过程中,这些成年期产生的神经元发挥着此前未知的重要作用。相关研究 6 月 4 日发表于《神经元》。

已有的研究表明,人类成年新生神经元(ABNs)的存在与记忆过程和神经突触可塑性有关,因此从理论上来讲,成年新生神经元很可能也参与到睡眠期间记忆巩固的过程中。当动物学习执行新任务时,海马体神经元会不断重复相应的活动模式,但成年新生神经元在睡眠期间发挥的作用目前仍不明确。

日本筑波大学综合睡眠医学国际研究所副教授 Masanori Sakaguchi 与合作者发现,成年新生神经元对小鼠快速眼动(REM)睡眠期间的突触结构重塑和记忆巩固过程至关重要。

“本次研究首次揭示了成年新生神经元在动物睡眠期间的活动和功能。我们的结果将有助于进一步揭示成年新生神经元具体通过何种机理参与了睡眠期间的记忆功能。” 文章第一作者 Sakaguchi 说。

研究人员利用新技术对自然状态下小鼠睡眠期间 4 小时内的神经元活动进行可视化成像,在此过程中观测到了成年新生神经元的活动。小鼠每次快速眼动睡眠期通常持续不超过一分钟,为了更好地利用这些机会,研究者通过光遗传学技术对小鼠快速眼动睡眠期间成年新生神经元的活动实行了精确控制。光遗传学技术对神经元进行基因编辑,使这些神经元可以由科学家通过光照进行刺激。

最开始,Sakaguchi 团队发现,刚产生不久的成年新生神经元在小鼠睡眠期间几乎没有活动,这一点有些出乎意料。不过,当他们让小鼠学习一种新的恐惧记忆(轻微的足部电击)时,他们观察到一小部分成年新生神经元被激活了,并且在其后的快速眼动睡眠期间重新被激活。

Sakaguchi 解释道:“虽然在动物成功学习了一种记忆之后,成年新生神经元在快速眼动睡眠期的活动水平就会有所降低,但睡眠中的记忆巩固过程仍会重新激活小鼠在学习期间激活的那些成年新生神经元。”

因此,一旦成年新生神经元的活动被抑制,动物整体的记忆巩固功能就会削弱。研究人员发现在小鼠快速眼动睡眠期间,不管是用光照提高还是降低成年新生神经元的活性,都会导致小鼠出现记忆障碍——这表明要保证记忆巩固功能的正常,快速眼动睡眠期间成年新生神经元的活动必须处于协调的状态。

未来需要探索的问题还有很多:快速眼动睡眠期间成年新生神经元的重新激活是如何巩固记忆的?这些神经元的重新激活是否代表着记忆回放?是什么在快速眼动睡眠期间协调成年新生神经元的活动?成年新生神经元又是如何参与下一阶段的记忆整合的?

对此,Sakaguchi 表示:“我们相信这些机制对新生神经元在功能上融入已有神经回路的过程至关重要。总的来说,研究这些问题一定会帮助人们开发新的治疗策略,让受损的大脑再生。”

相关论文信息:http://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.05.008

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