人腦的復(fù)雜性是無與倫比的。幸運的是，由于過去幾十年神經(jīng)科學(xué)的不斷進步，我們已經(jīng)開始對它有所了解。例如，我們現(xiàn)在知道神經(jīng)元突觸可以對其活動和附近神經(jīng)元的活動做出長期持續(xù)的變化，并且相信這種“突觸可塑性”是學(xué)習(xí)和記憶背后的關(guān)鍵機制之一。
盡管存在多種類型的神經(jīng)元可塑性，但長時程增強 (LTP) 是研究最多的一種，尤其是在海馬體(與學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)的大腦區(qū)域)中。到目前為止，我們知道海馬體接收來自不同皮層下區(qū)域的不同類型的興奮性輸入。然而，尚不清楚與谷氨酸或 GABA 神經(jīng)遞質(zhì)一起工作的皮質(zhì)下海馬突觸是否會經(jīng)歷任何形式的 LTP，進而，這種皮質(zhì)下輸入是否有助于海馬活動的長期調(diào)節(jié)。
為了闡明這個問題，日本同志社大學(xué)的一組科學(xué)家最近進行了一項研究，重點關(guān)注從下丘腦乳頭上核 (SuM) 到海馬齒狀回顆粒細胞(GCs) 的突觸的可塑性 ( DG) 區(qū)域。
正如他們在 2022 年 12 月 27 日發(fā)表在《細胞報告》雜志上的論文中所解釋的那樣，該團隊試圖闡明發(fā)生在 SuM-GC 突觸中的 LTP 的性質(zhì)、這種 LTP 是如何被觸發(fā)的，以及涉及哪些化學(xué)物質(zhì)和蛋白質(zhì)。這項研究由 Yuki Hashimotodani 副教授領(lǐng)導(dǎo)，包括研究生 Himawari Hirai 和同志社大學(xué)腦科學(xué)研究生院 Takeshi Sakaba 教授的貢獻。
該團隊對基因工程小鼠的大腦進行了各種實驗，這些小鼠的神經(jīng)元被修改為在暴露于特定頻率(顏色)的光時會放電。他們使用的主要協(xié)議之一是基于通過在關(guān)鍵時間窗口內(nèi)刺激突觸前和突觸后神經(jīng)元來誘導(dǎo)尖峰時間依賴性可塑性。這使他們能夠驗證 SuM–GC 路徑中發(fā)生的 LTP 類型。
結(jié)果表明，興奮性 SuM-GC 突觸經(jīng)歷了關(guān)聯(lián)的 LTP，更具體地說是 Hebb 類型的 LTP。簡而言之，在這種形式的可塑性中，一起激發(fā)的神經(jīng)元加強了它們的突觸連接，使它們更有可能在未來再次一起激發(fā)。此外，該團隊發(fā)現(xiàn)，即使 SuM-GC 突觸同時釋放 GABA 和谷氨酸，但只有谷氨酸能傳遞導(dǎo)致 LTP。此外，他們還確定了參與該過程的突觸受體。
總的來說，他們的研究可以幫助神經(jīng)科學(xué)家更好地理解 SuM 和 DG 之間的聯(lián)系。“我們的研究結(jié)果表明，SuM 和 DG 的關(guān)聯(lián)活動可以觸發(fā)皮質(zhì)下海馬興奮性突觸的 LTP，這可以調(diào)節(jié) GC 活動，并可能有助于 SuM-DG 通路相關(guān)的學(xué)習(xí)和記憶，”Hashimotodani 博士說.
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