科学家们发现了一种新的日常节奏 使人们了解到大脑活动是如何被微调的

科学家们发现了一种新的日常节奏使人们了解到大脑活动是如何被微调的该结果发表在《PLOS生物学》杂志上，可能有助于解释细微的突触变化如何改善人类的记忆。来自国家神经疾病和中风研究所（NINDS）的研究人员领导了这项研究，该研究所是国家卫生研究院的一部分。"抑制对大脑功能的各个方面都很重要。但二十多年来，大多数睡眠研究都集中在了解兴奋性突触上，"NINDS的高级调查员WeiLu博士说。"这是一项及时的研究，试图了解睡眠和清醒如何调节抑制性突触的可塑性"。Lu博士实验室的博士后WuKunwei调查了小鼠在睡眠和清醒时抑制性突触的情况。从海马体（一个参与记忆形成的大脑区域）的神经元进行的电记录显示了一种以前未知的活动模式。在清醒状态下，稳定的"强直"抑制活动增加，但快速的"阶段性"抑制活动减少。他们还发现，在清醒的小鼠神经元中，抑制性电反应的活动依赖性增强得多，这表明清醒，而不是睡眠，可能在更大程度上加强这些突触。抑制性神经元使用神经递质γ-氨基丁酸（GABA）来减少神经系统的活动。这些神经元在抑制性突触处将GABA分子释放到突触裂隙中，突触裂隙是神经元之间神经递质扩散的空间。这些分子与邻近的兴奋性神经元表面的GABAA受体结合，使其减少发射次数。进一步的实验表明，清醒时的突触变化是由α5-GABAA受体数量增加所驱动的。当受体在清醒小鼠体内被阻断时，活动依赖性的相位电反应的增强就会减弱。这表明，清醒时GABAA受体的积累可能是建立更强大、更有效的抑制性突触的关键，这是一个被称为突触可塑性的基本过程。"当你在白天学习新信息时，神经元受到来自大脑皮层和许多其他区域的兴奋性信号的轰击。"Lu博士说："为了将这些信息转变为记忆，你首先需要调节和完善它--这就是抑制的作用。"先前的研究表明，海马体的突触变化可能是由抑制性中间神经元发出的信号驱动的，这种特殊类型的细胞在大脑中只占大约10-20%的神经元。在海马中有超过20种不同的中间神经元亚型，但最近的研究强调了两种类型，即被称为副白蛋白和体蛋白，它们关键性地参与了突触调节。为了确定哪种神经元负责他们所观察到的可塑性，Lu博士的团队使用了光遗传学，这是一种使用光来打开或关闭细胞的技术，并发现清醒状态导致更多的α5-GABAA受体和来自副白蛋白的更强连接，而不是体蛋白的神经元。人类和小鼠拥有类似的神经回路，是记忆储存和其他基本认知过程的基础。这种机制可能是抑制性输入精确控制神经元之间和整个大脑网络的信息起伏的一种方式。Lu博士说："抑制实际上是相当强大的，因为它允许大脑以一种微调的方式执行，这基本上是所有认知的基础。"由于抑制对大脑功能的几乎每一个方面都至关重要，这项研究不仅有助于帮助科学家了解睡眠-觉醒周期，而且有助于了解植根于大脑节律异常的神经系统疾病，如癫痫。在未来，Lu博士的研究小组计划探索GABAA受体贩运到抑制性突触的分子基础。这项研究的部分资金来自于美国国家疾病预防控制中心的院内研究项目。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335699.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335699.htm

科学家发现所有哺乳动物脑细胞共有的学习基因的新功能

科学家发现所有哺乳动物脑细胞共有的学习基因的新功能对小鼠的研究可以为治疗SYNGAP1基因突变儿童的大脑发育障碍提供指导。约翰斯-霍普金斯大学医学院的神经科学家发现了SYNGAP1基因以前未知的功能，该基因的DNA序列控制着包括小鼠和人类在内的哺乳动物的记忆和学习。这一发现最近发表在《科学》（Science）杂志上，它可能会影响针对SYNGAP1突变儿童的疗法的开发，这些儿童患有一系列以智力障碍、类似自闭症的行为和癫痫为特征的神经发育障碍。一般来说，SYNGAP1和其他基因通过制造调节突触强度（脑细胞之间的连接）的蛋白质来控制学习和记忆。研究人员说，以前人们认为SYNGAP1基因只通过编码一种蛋白来发挥作用，这种蛋白的作用类似于酶，能调节导致突触强度变化的化学反应。现在，科学家们说，他们在小鼠身上进行的实验表明，该基因编码的蛋白质的功能可能更像一种所谓的支架蛋白，它能调节突触的可塑性，或突触随着时间的推移变得更强或更弱，而与酶的活性无关。他们说，SynGAP蛋白似乎扮演着交通管理者的角色，指挥着大脑蛋白质在突触的位置和内容。探索与实验约翰霍普金斯大学医学院神经科学和心理与脑科学布隆伯格特聘教授、所罗门-H-斯奈德神经科学系主任理查德-胡加尼尔博士和他的团队于1998年首次分离出SYNGAP1基因。胡加尼尔说，SynGAP蛋白在突触中的含量非常丰富，长期以来，人们一直认为SynGAP的主要作用是引发调节突触强度的酶化学反应。但是，在研究SynGAP蛋白的过程中，休加尼尔等人开始发现，当SynGAP蛋白与主要的突触支架蛋白PSD-95发生作用时，它们具有一种奇怪的特性。它们会变成液滴，对于酶蛋白来说，这种结构转变是不寻常的。显示SynGAP（绿色）与突触处PSD-95结合的神经元。图片来源：约翰霍普金斯大学医学院YoichiAraki和RickHuganir为了弄清并理解SynGAP奇特的液体转变的目的，胡加尼尔、神经科学导师荒木洋一和胡加尼尔在约翰霍普金斯大学的研究团队设计了神经元实验，他们在SYNGAP1基因的所谓GAP结构域中插入突变，从而在不影响其结构的情况下消除SynGAP的酶功能。约翰-霍普金斯大学的研究小组发现，即使没有酶的活性，突触也能正常工作，这表明结构特性本身对SynGAP的功能非常重要。研究小组接下来在小鼠身上进行了相同类型的基因工程，以去除SynGAP的酶功能，结果发现类似：突触表现正常，突触可塑性没有问题，小鼠的学习和记忆行为也没有困难。研究小组称，这表明SynGAP的结构特性足以保证正常的认知行为。为了了解SynGAP的结构是如何调节突触的，科学家们对突触进行了更仔细的分析，发现SynGAP蛋白与AMPA受体/TARP复合物（加强突触的神经递质蛋白束）和PSD-95支架蛋白的结合存在竞争。实验表明，在静止状态下，SynGAP与PSD-95紧密结合，不允许它与突触中的任何其他蛋白质结合。然而，在突触可塑性、学习和记忆过程中，SynGAP蛋白会断开与PSD-95的连接，离开突触，并允许神经递质受体复合物与PSD-95结合。这使得突触变得更强，增加了脑细胞之间的传递。Huganir说："这一系列过程并没有SynGAP典型的催化活性。相反，SynGAP在与PSD-95结合时会将其束缚住，但当SynGAP离开这个突触时，PSD-95就会开放，与AMPA受体/TARP复合物结合。"在SynGAP基因突变的儿童中，突触中的SynGAP蛋白数量减少了一半左右。由于SynGAP蛋白的数量减少，PSD-95可能会更多地与AMPA受体/TARP复合物结合，从而改变神经元的连接，导致脑细胞活动增加，这就是SynGAP突变儿童常见的癫痫发作的特征。Huganir说，SynGAP的两种功能--酶和支架蛋白的"交通管理"作用--现在可能对寻找SynGAP相关神经发育障碍的治疗方法非常重要。他们的研究还表明，仅针对SynGAP的一种功能可能不足以产生重大影响。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425196.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425196.htm

研究发现提高帕金森病风险的基因突变也抑制了细胞的清理工作

研究发现提高帕金森病风险的基因突变也抑制了细胞的清理工作在被称为轴突的神经细胞部分的末端，有一个突触前终端。在这里，神经冲动被转化为神经递质，后者携带信号穿过两个神经元之间的突触，或一个神经元与一个肌肉细胞或腺体之间的突触。突触上密布着蛋白质，为发生在那里的新陈代谢活动提供能量。它们也是脆弱的结构。维持神经传递所需的代谢活动的强度会对细胞造成压力和损害。如果受损的细胞没有被称为自噬的过程所清除，就会导致细胞碎片的有毒堆积和神经元的死亡，这两种情况都出现在帕金森病中。澳大利亚昆士兰大学的一项新研究考察了自噬功能失调是如何导致神经元退化的。研究人员意识到，当细胞破裂时，它们会发出信号，产生一种叫做内皮素-A（EndoA）的蛋白质，开始清理大脑中的细胞碎片。昆士兰大脑研究所的AdekunleBademosi博士和该研究的主要作者说："我们知道我们可以通过饿死细胞的氨基酸来诱导细胞自噬，随后的碎片分解告诉一种叫做EndoA的蛋白质接近细胞膜并开始回收过程。"他们的研究导致了一种基因突变的发现，这种基因突变与帕金森病风险的增加和大脑中细胞碎片的堆积有关。Bademosi说："我们的团队已经发现，一个与帕金森病有关的突变在一个名为Endophilin-A1的基因中阻止了身体和大脑回收细胞废物的过程。不幸的是，当帕金森病患者的内皮素-A1基因受到影响时，蛋白质EndoA对突触处的这种触发因素变得不敏感，本应被扔出去回收的碎片反而堆积起来。"该研究的结果表明，应该放弃对帕金森病的传统治疗方法，而专注于解决可能成为该病症基础的细胞碎片堆积问题。"现在可能是时候将治疗重点转向自噬，作为这些疾病特征的基础机制。探索使用诱导或抑制自噬的化合物可能为新的、更有效的帕金森病药物铺平道路"。该研究发表在《神经元》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346601.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346601.htm

神经生物学家发现了压力如何转化为恐惧 以及阻止它的方法

神经生物学家发现了压力如何转化为恐惧以及阻止它的方法发表在《科学》（Science）杂志上的最新研究确定了导致广泛恐惧体验的大脑生物化学和神经回路。图中，神经元显示为青色，逆行追踪器显示为黄色和品红色。资料来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室但是，如果在没有实际威胁的情况下产生恐惧，就会对我们的健康造成危害。那些遭受过严重或危及生命的压力的人，即使在没有实际威胁的情况下，也会产生强烈的恐惧感。这种恐惧的泛化会对心理造成伤害，并可能导致长期的精神疾病，如创伤后应激障碍（PTSD）。在没有威胁的情况下，我们的大脑会产生恐惧感，这种由压力引起的机制一直是个谜。现在，加利福尼亚大学圣迭戈分校的神经生物学家确定了导致这种普遍恐惧体验的大脑生化变化，并绘制了神经回路图。他们的研究发表在《科学》杂志上，为如何预防恐惧反应提供了新的见解。背侧剑突是位于脑干的一个区域，图像中绿色显示的是血清素能神经元，红色显示的是病毒表达的TdTomato蛋白，黄色显示的是共聚焦细胞。加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室。图片来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室恐惧研究的突破在报告中，前加州大学圣地亚哥分校助理项目科学家李慧泉（现为NeurocrineBiosciences公司高级科学家）、生物科学学院阿特金森家族特聘教授尼克-斯皮策（NickSpitzer）和他们的同事描述了他们发现神经递质--使大脑神经元能够相互沟通的化学信使--是压力诱发广泛恐惧的根源--的研究过程。研究人员通过对小鼠大脑中一个被称为背侧剑突的区域（位于脑干）进行研究，发现急性压力会诱发神经元中化学信号的转换，从兴奋性的"谷氨酸"神经递质转换为抑制性的"GABA"神经递质，从而导致普遍的恐惧反应。针对普遍恐惧的见解和干预措施加州大学圣地亚哥分校神经生物学系和卡夫利脑与心智研究所成员斯皮策说："我们的研究结果为了解恐惧泛化的相关机制提供了重要见解。从这一分子细节层面了解这些过程的好处是--知道发生了什么以及发生在哪里--可以针对驱动相关疾病的机制进行干预"。使用共聚焦显微镜拍摄的大脑背侧急流区图像。资料来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室压力诱导神经递质的转换被认为是大脑可塑性的一种形式，在这一新发现的基础上，研究人员随后对患有创伤后应激障碍的人的死后大脑进行了检查。在他们的大脑中也证实了类似的谷氨酸-GABA神经递质转换。研究人员接下来找到了一种阻止产生广泛恐惧的方法。在小鼠经历急性应激之前，他们给小鼠的背侧剑突注射了一种腺相关病毒（AAV），以抑制负责合成GABA的基因。这种方法阻止了小鼠获得广泛性恐惧。此外，当小鼠在应激事件发生后立即服用抗抑郁药氟西汀（百忧解）时，递质转换和随后出现的广泛性恐惧就会被阻止。研究人员不仅确定了切换发射器的神经元位置，还展示了这些神经元与中央杏仁核和外侧下丘脑的连接，而这些脑区以前与其他恐惧反应的产生有关。斯皮策说，"既然我们已经掌握了压力诱发恐惧的核心机制以及实施这种恐惧的电路，那么干预措施就可以有针对性和特异性。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425831.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425831.htm

研究人员靶向超声波实现改变大脑功能 可用于治疗精神疾病

研究人员靶向超声波实现改变大脑功能可用于治疗精神疾病通常，超声波是通过发出弥散声波并记录反射声或回声来生成图像，从而检查身体内部结构的。然而，低强度经颅超声波刺激（TUS）可以同时针对大脑表层和深层区域，并具有极高的特异性，它将超声波压力置于大脑区域，从而改变神经元相互作用的方式。英国普利茅斯大学的研究人员领导了一项研究，以测试TUS对大脑功能的影响，结果发现它能产生显著的变化。他们招募了24名健康成年人，研究TUS如何影响γ-氨基丁酸（GABA）的水平和大脑区域之间的连接。GABA是大脑中主要的抑制性神经递质，它能降低神经元发送和接收化学信息的能力。具体来说，GABA会影响人体对焦虑、恐惧和压力感的反应。所有参与者都完成了三次Theta-burstTUS治疗，每次治疗后都要进行核磁共振成像，以评估大脑功能的变化。Theta-burstTUS是一种高频率短脉冲脑刺激，它密切模仿神经元活动的自然节奏。它被认为能促进可塑性，即大脑根据学习或经验形成和重组神经连接的能力。研究人员发现，TUS作用于大脑后扣带回皮层（PCC）--一个与情绪和记忆相关的大脑深层区域--会在治疗后一小时内降低该区域的GABA水平。他们还发现，PCC与大脑其他部分的交流方式（功能连通性）在这段时间内有所改善。在一系列精神疾病中，PCC都被发现存在异常。当将TUS应用于背侧前扣带回皮层（dACC）时--该区域与情感、移情、冲动控制和决策有关，与PCC一样，也与精神病理学有关--研究人员没有发现GABA水平出现同样的下降，但他们确实看到了功能连通性的提高。研究人员说，他们的研究结果表明，TUS对人类有效，能在大脑中产生可逆的变化。虽然还需要进一步研究，但他们表示，这是开发治疗精神健康状况的非侵入性手段的第一步。该研究的通讯作者艾尔莎-福拉格南（ElsaFouragnan）说："例如，如果服用治疗抑郁症的药物，药物将影响整个大脑，而临床医生对药物去向和作用的控制非常有限。我们已经知道，在某些情况下，大脑的特定区域（及其某些连接）会出现功能障碍，但其他区域却能很好地工作。这项研究为我们提供了真正的潜力，让我们可以考虑利用超声波对一系列心理健康问题患者进行更有针对性的干预。"研究人员已经在探索是否可以使用TUS来改变大脑的多巴胺能系统，多巴胺能系统是检测和解读食物、性和滥用药物等奖赏刺激的主要奖赏通路。该研究发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383331.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383331.htm

研究人员发现能清除大脑中有毒废物的新方法

研究人员发现能清除大脑中有毒废物的新方法来自圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员发现了一种新的可药用途径，它有可能被用来帮助预防阿尔茨海默病的痴呆症。淀粉样蛋白β在大脑中的积累被认为是阿尔茨海默病痴呆症发展的第一步。研究人员已经投入了无数的时间和数百万美元来寻找在认知症状出现之前清除淀粉样蛋白的方法。然而不幸的是，结果基本上是令人失望的。在这项研究中，科学家们发现了一种方法，即通过提高一种被称为“阅读突破”的基因怪癖来增加小鼠大脑中废物的清除。据研究人员称，这种同样的策略还可能对其他以有毒蛋白质堆积为特征的神经退行性疾病有效如帕金森氏病。该研究于当地时间8月24日发表在《Brain》上。每隔一段时间，大脑蛋白水通道蛋白4就会合成，末端多出一个小尾巴。起初，DarshanSapkota博士认为这个尾巴只不过是蛋白质制造过程中偶尔出现的质量控制失败。Sapkota在华盛顿大学做博士后研究时领导了这项研究，但现在是德克萨斯大学达拉斯分校生物科学的助理教授。这项研究的论文第一作者、华盛顿大学遗传学和精神病学教授、Sapkota的前导师JosephD.Dougherty博士称：“我们正在研究这个非常古怪的基础科学问题--‘蛋白质是如何产生的’--并且我们注意到这个有趣的事情。有时，蛋白质合成机器直接穿过末端的停止标志，在水通道蛋白4的末端制造出这个额外的位子，起初，我们认为这不可能有什么关系。但后来我们看了基因序列，它在不同物种间是保守的。并且它在大脑中具有这种非常惊人的模式。它只存在于对清除废物很重要的结构中。因此，这就是我们感到兴奋的时候。”科学家们已经知道，细胞的蛋白质构建机制偶尔会在它应该停止的地方失败。当机器没有停止时--一种被称为“通读”的现象--它会创造出扩展形式的蛋白质，其功能有时跟常规形式不同。Sapkota和Dougherty创造了特殊的工具来观察长形式的水通道蛋白4在大脑中的行为是否与常规形式不同。他们在所谓的星形胶质细胞末梢中发现了长形式--但不是短形式。星形胶质细胞是一种支持细胞，用来帮助维持大脑和身体其他部分之间的屏障。它们的端盖包裹着大脑中的微小血管，用于帮助调节血流。如果你的工作是通过将废物冲出大脑并进入血液，使其在那里被带走和处理，那么星形细胞末梢内部就是一个完美的地方。Sapkota认为增加长水通道蛋白4的数量可能会增加废物清除。因此，他筛选了2560种化合物，看其是否能增加水通道蛋白4基因的读通量。结果他发现了两种化合物：芹菜素，一种在洋甘菊、欧芹、洋葱和其他可食用植物中发现的膳食黄酮；磺胺喹恶啉，一种用于肉类和家禽业的兽医抗生素。Sapkota和Dougherty跟阿尔茨海默病研究人员和共同作者神经学副教授JohnCirrito博士和精神病学、神经学和神经科学副教授CarlaYuede博士合作以弄清长水通道蛋白4和淀粉样蛋白β清除之间的关系。科学家们研究了经过基因工程改造的小鼠使其大脑中的淀粉样蛋白含量很高。他们使用芹菜素、磺胺喹...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308979.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308979.htm