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語音的語調在神經元溝通中至關重要

馬薩諸塞州伍茲霍爾市-神經元之間的對話對于從呼吸到感知,從思維到跑步的所有神經系統活動都至關重要。然而,神經元的交流是如此之快,而且規模如此之小,以至于很難準確地解釋它是如何發生的。通過定制的成像系統,在海洋生物實驗室(MBL)的神經生物學課程中進行的初步觀察已使人們清楚地了解了神經元如何通過調節其信號的“音調”來彼此進行通信,而這種信號以前是被忽略的場。由約翰·霍普金斯大學醫學院的格蘭特·F·庫西克和渡邊重樹領導的這份報告本周在《自然神經科學》上發表。

在2016年,當時在神經生物學課程系任職的渡邊向學生介紹了關于多少個突觸囊泡可以響應一種動作電位而融合的辯論(請觀看此2分鐘視頻以快速了解神經傳遞)。為了探究這一爭議,他們使用了由共同作者M. Wayne Davis,Watanabe和Erik Jorgensen構想并由Leica構建的“快速凍結”成像技術,用于神經生物學課程的測試。他們給神經元通電以激發動作電位,然后迅速凍結神經元并拍攝圖像。他們看到多個囊泡一次突觸融合,這是《自然神經科學》報告的第一個新穎發現。

但是還有更多。回到約翰·霍普金斯大學后,庫西克和渡邊毅然決定通過快速凍結來逐步完成神經傳遞過程,在動作電位過后每3毫秒拍攝一次圖像。那時他們找到了一個更大問題的答案-神經元如何改變其神經傳遞信號的音調?

在任何給定時間,只有少量的突觸小泡處于“對接”位置,這意味著已加載并準備釋放神經遞質。在一個動作電位之后,對接囊泡的數量立即減少了40%,因此在2到3個動作電位后,對接囊泡將被耗盡。(也就是說,隨著誘導更多的動作電位,它們的信號或“聲音”將變得越來越弱。)但是他們發現,在動作電位之后的14毫秒內,新的囊泡迅速被募集到可以融合并融合的停泊池中。釋放神經遞質,并且這種募集是短暫的,使得神經傳遞在毫秒時間尺度上可以強也可以弱。這是從時間的角度對神經溝通的首次特寫。

渡邊說:“這意味著我們已經確定了神經元用來通過語調進行交流的機制。”“每個停泊的囊泡都像神經元可以在任何給定時刻進行交流的單詞。數十年來,人們知道神經元一次可以說多個單詞,而且它們還可以改變這些單詞的語調。問題是如何發生的。我們已經證明,神經元會不斷輸入更多的單詞,但是只要改變囊泡的數量,它們就能提高或降低聲音。句子-神經元通過改變準備去的對接囊泡的數量來做到這一點。”

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