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上海有機所發現視覺皮層回路中抑制平衡的節律性振蕩
http://www.mikecox2010.com2019-12-12 16:30:06上海有機化學研究所

  中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心研究員何凱雯團隊聯合約翰霍普金斯大學Alfredo Kirkwood團隊首次發現神經元的興奮與抑制之間的平衡關系(E/I平衡)在晝夜周期中呈現出節律性振蕩。

  通過進一步研究發現該振蕩具有神經環路特異性,并受到睡眠/覺醒經歷的緊密調控,腦中內源大麻素是介導該調控的關鍵分子。題為Daily Oscillations of the Excitation-Inhibition Balance in Visual Cortical Circuits的研究論文于12月9日發表在學術期刊《神經元》(Neuron)上。約翰霍普金斯大學Michelle Bridi與中科院上海有機所生物與化學交叉研究中心宗方姣為共同第一作者,何凱雯與Alfredo Kirkwood為共同通訊作者。

  神經元對信息的處理和傳播依賴于谷氨酸能這類興奮性突觸傳遞神經信號,同時也依賴于γ-氨基丁酸(GABA)能這類抑制性突觸對信號傳導進行時間和空間上的限制。如同油門與剎車的配合決定了車輛能否安全正確地行駛,神經元的興奮與抑制之間的平衡關系(E/I平衡)是決定神經元及神經網絡功能發揮的關鍵因素,可以影響動物的社會行為和感官知覺表現。同時,大量研究發現E/I平衡與各類神經系統疾病也密切相關。因此,了解E/I平衡的調控機制對認識腦功能調控及相關腦疾病至關重要。

  關于神經元E/I平衡的調控,目前的主流觀點認為通過快速的可塑性調節機制,神經元可以保持E/I平衡的穩定,從而保證神經元功能的正常發揮。然而,就像汽車在不同的駕駛場景中,如高速公路vs市內主干道,油門與剎車的使用比例顯然不同,大腦在一天中會經歷不同的生理狀態,其信息處理需求也并不一致。

  在上述工作中,研究人員揭示了E/I平衡的全新調控方式與可能機制,發現晝夜間神經元的E/I平衡存在一個作用緩慢的周期性調控機制,該機制可以大幅度地改變E/I平衡在不同時期的定值。這與目前已知的依賴于可塑性來快速穩定E/I平衡并不矛盾,前者需要在晝夜轉換后數小時才能實現,而后者則在若干分鐘甚至更短的時間內發生。研究人員認為,E/I平衡在達到新的定值后將在同周期的余下時間內保持穩定,此時很可能就是采用可塑性的調控機制。

  上述工作獲得中科院和國家自然科學基金委的支持。

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