首次发现突触与突触而非“孤岛”，神经可塑性是一个连锁反应

　　

大脑中的神经细胞通过它们的“天线”，即所谓的树突分支，接收成千上万的突触信号。突触强度的永久性变化与树突棘大小的变化有关。然而，在此之前，人们并不清楚神经元如何在几个彼此接近且同时活跃的突触之间实现这些强度变化。来自波恩大学医院(UKB)、波恩大学、冲绳科学技术研究生院(OIST)和RIKEN脑科学中心(CBS)的研究人员认为，脊柱之间对分子资源的竞争以及同时受刺激的脊柱之间的空间距离影响了它们的最终动力学。这项研究的结果已经发表在《Nature Communications》杂志上。

神经元是大脑的计算单元。它们通过树突接收数千个突触信号，单个突触经历活动依赖的可塑性。这种突触可塑性是我们记忆和思维的机制，反映了突触强度的长期变化。当学习新的记忆时，特别活跃的突触会在一个被称为“长期增强”(LTP)的过程中加强它们之间的联系。然而，神经元如何通过空间和时间分配资源来翻译相邻突触之间的突触强度变化尚不清楚。到目前为止，人们一直认为每个突触都独立于其他突触决定其变化方式。最近的一项研究提出了一个新的观点，即相邻突触如何协调它们对可塑性信号的反应。来自波恩和日本的研究人员发现，蛋白质和钙的共享使突触可塑性成为一种集体行为，其中一个突触的行为影响其他突触的反应。

“当几个突触同时想要增强并且彼此靠近时，它们会相互竞争，这样每个突触的增强就比单独存在时要少。另一方面，少数突触的同时增强可以通过激活资源的溢出促进其他突触的可塑性，”UKB实验癫痫学和认知研究所的Tatjana Tchumatchenko教授说，他是跨学科研究领域(TRA)的成员。她与来自日本OIST的Yukiko Goda教授共同领导了这项研究。

邻近棘之间的激烈竞争

来自波恩和日本的研究人员利用大脑中重要的兴奋性神经递质谷氨酸的释放，结合计算机辅助模型，研究了几种脊椎可塑性的分子过程。脊髓是神经细胞的蘑菇状突起，存在于大脑中，可以加强突触连接。

“谷氨酸的释放可以精确地操纵选定的突触，这使我们能够准确地观察到有多少突触增强，以及在多大程度上增强，”在日本理化学研究所脑科学中心进行这项研究的Thomas Chater博士解释说。

“这些数据使我们能够设计一个模型，并将其参数调整为一组三个受刺激的棘突，即棘，然后预测七个或十五个棘突的行为，”Maximilian Eggl博士解释说，他直到最近才成为波恩大学的博士后，并在英国大学进行研究。Chater和Eggl都是这项研究的共同第一作者，并密切合作。研究负责人Tchumatchenko教授和Goda教授对相邻棘突之间的竞争程度感到特别惊讶，这种竞争在可塑性被触发后的前两到三分钟最为强烈，并影响了可塑性的方向和程度。

Goda教授解释说:“我们的研究结果表明，同时受到刺激的突触的空间排列显著影响脊柱生长或收缩的动态，这表明存储在同一树突上的多个记忆可能会相互影响。”主要研究人员相信，了解神经元如何管理突触资源，将有助于更好地了解健康大脑中的认知过程，从而开发对抗阿尔茨海默病、自闭症谱系障碍和其他认知障碍的新策略。