一种镇定的神经递质也可能令人兴奋

根据发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上的一项研究，一种以前被认为只能使神经元平静下来的神经递质也可能在唤醒神经元方面发挥作用，这一发现挑战了教科书上关于神经元如何……

　　

根据发表在《PLOS Biology》杂志上的一项研究，一种以前被认为只能使神经元平静下来的神经递质也可能在唤醒神经元方面发挥作用，这一发现挑战了教科书上关于神经元如何在大脑中相互交流的观点。

γ -氨基丁酸(GABA)被认为是大脑中主要的抑制性神经递质，抑制神经细胞通过化学信息与其他神经细胞交流的能力。GABA被认为在许多(如果不是所有)大脑功能中发挥作用，通常被描述为与谷氨酸相反，谷氨酸是大脑中最丰富的兴奋性神经递质。

但根据这项新研究，GABA可以根据环境抑制或兴奋神经元。

“教科书以非黑即白的方式对待突触传递，”James Surmeier说。谷氨酸能突触传递是兴奋性的，GABA能突触传递是抑制性的。我们的工作表明，情况比这要复杂得多——至少对纹状体脊突投射神经元来说是这样。”

在这项研究中，研究人员观察到了棘状投射神经元，这是一种神经元，占纹状体细胞的95%。纹状体是大脑中参与决策功能的区域，包括运动控制、情感和习惯形成。

通过使用非侵入性穿孔贴片记录观察刺状投射神经元的活动，科学家发现GABA可以“唤醒”处于静息状态的神经元，为谷氨酸的输入做好准备。

“我们认为伽马氨基丁酸可能有助于激活‘睡眠’中的神经元，”Surmeier说。“GABA可以以一种被认为只有谷氨酸才能做到的方式‘打开’神经元。一旦一个细胞注意到其他细胞对它说的话，它就能在纹状体回路中发挥作用。”

Surmeier说，GABA的抑制性质只有在神经元接近峰值阈值时才会发挥作用。通过这种方式，GABA确保细胞只对最强、最显著的输入做出反应，减少“神经噪音”。这是GABA作用的常规模式。“我们的工作提供了纹状体回路如何工作的更细致的观点。该领域的大多数人只是认为伽马氨基丁酸会关闭细胞和回路，而谷氨酸会使它们兴奋。”

GABA多重作用的发现需要重新思考它作为一种严格的抑制性神经递质的分类，并且对人工智能技术有更广泛的影响，这在很大程度上是基于神经元如何相互交流的过于简单的模型。

“机器学习和人工智能所基于的神经网络模型并不能反映我们今天对大脑回路的了解，”Surmeier说。“它们没有捕捉到单个神经元的计算复杂性，也没有捕捉到它们是如何交流的。大脑中的两种主要传递器之一在不同的大脑状态下会产生不同的功能后果，这一事实对人工网络应该如何设计有真正的意义，如果它们想要模仿人类的智能。”

展望未来，Surmeier和他的合作者将继续研究GABA对刺状投射神经元的影响，以及在帕金森病和亨廷顿病等疾病中这种相互作用是如何改变的。

“在这些疾病中，大脑回路以非常不同的方式改变，这两种疾病都涉及到运动功能障碍和地层的病理生理，”Surmeier说。“我们正试图确定这些神经元间回路对这种功能障碍的贡献。事实证明，至少在帕金森病模型中，GABA能回路开始以我们从未预料到的方式重新连接。”

西北大学提供