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12-06 持续的信号,稳定的记忆(附图)

日期:2006-12-06  访问次数:3781


环球科学论2006年12月6日讯:因为我们的神经突触经常处于活跃的状态,形成记忆似乎成了一件困难的事情。我们大脑中神经细胞间的相互联系有规律的来回传递化学信息,记忆也被推测随之进行着分配。然而,尽管分子上不断进行着交换,我们的记忆其实是保持稳定的。犹他州大学的两个学者研究显示,使我们生活的经验在大脑混沌中得以固定的是突触中骨架蛋白的存在。

此前研究者们已经形成共识,认为在短至几小时长至几天的时间段内,神经突触通过下列两种方式之一产生化学变化:长时程增强(LTP),即突触的增强;或长时程抑制(LDP),即突触的削弱。但是针对究竟是什么决定了突触强度的变化这一问题,依然存在争议。该过程的重要因素之一是AMPA受体蛋白的数量,该蛋白可以结合谷氨酸盐,而谷氨酸盐是一种被认为与学习和记忆有关的刺激性神经传递素。研究者们已经观察到AMPA从神经元内部向突触的下游末端的移动,不过还不能确定出入突触的迁移是否是决定突触强度的主要因素。理论神经科学家保罗·布莱斯罗福(Paul Bressloff)称:“已有许多数据测量了在LTP/LTD期间突触强度随时间的变化。”他使用一个微分方程系统来模拟AMPA受体的运动。“前人们已经了解到发生的事件,然后提出让事件间相契合的假设,但是他们没有做任何定量研究来考察假设是否成立。而这正是我们完成的工作。”

和数学生物学家伯顿·恩肖(Berton Earnshaw)一道,布莱斯罗福认为树突棘——神经元下游末端的蘑菇状结构——由两个囊组成:在远端(基本位于突触内),骨架蛋白上锚定着AMPA受体以便和来自上游神经元的谷氨酸盐信号结合。另一端则沿着树突返回神经元的主体内。这对拍档设计了十个微分方程来追踪AMPA出入突触运动的频率。该模型的主要假定之一是:囊间扩散速度很快,物质可以迅速达到平衡。

布莱斯罗福和恩肖发现,在LTP的感应期(体验或刺激引起学习发生),新的AMPA受体被“挤”入突触,和谷氨酸盐相结合。该事件通常与钙离子流入细胞量增高相关。不过布莱斯罗福解释说,这时钙离子浓度的转变发生过于迅速而无法创造记忆,因为快速的平衡作用会让钙离子在一分钟内被溶解。“要想使记忆稳定,需要另一个时间尺度的机制来起作用。骨架蛋白的作用就是使这种短期记忆转变为可以维持几小时的记忆。”

这个模型证明了在LTP期间,神经元远下游末端(以及突触内)对于AMPA受体可用的骨架蛋白会增加,而在LDP期间情况刚好相反。因此,不是AMPA受体自身的数量,而是骨架蛋白的丰富程度决定了突触的强度,有效的使AMPA受体接受来自谷氨酸盐的信号。布莱斯罗福说:“骨架蛋白是最重要的”另外他说,“在以小时为单位的时间尺度上,骨架蛋白可以被移进也可以被移出,记忆还会丧失。所以还需要别的,比如改变树突棘的当前结构(来稳固记忆)。” 像神经科学的其他课题一样,树突棘是否改变形状,或者是否有新的蛋白合成,以及记忆是如何在持久形成的,这些都处于争论之中。



摘自:环球科学论