大脑突触图谱诞生!或能解释衰老为何导致智力变化
來源:學術經緯
頂尖學術期刊《科學》以封面論文的形式,介紹了一項重要的工作。由來自英國、法國、以及瑞典的科學家們以單突觸的分辨率,分析了小鼠大腦的50億個“興奮性突觸”的分子與形態特征!這項工程浩大的研究拓展了我們對突觸的認知,其結果也有望讓我們更好地理解在生命的不同階段,智力、記憶、行為等會出現怎樣的變化。
圖片來源:Zhen Qiu, Mélissa Cizeron, and Seth Grant, Edinburgh University
《科學》的專文評述指出,在人類大腦的新皮質里,有100兆個突觸,每一個突觸都是一個復雜的實體,內含數千種不同的信號傳輸蛋白。能夠搞清這些不同的突觸的功能與變化,對于理解大腦的功能,有著重要意義。
在本研究里,科學家們使用小鼠為模型,從出生到中老年,劃定了10個時間節點(最小1天,最大18個月),然后觀察突觸會發生哪些變化。為了便于觀察,研究人員們使用了兩種突觸后神經元里的結構蛋白(SAP102與PSD95),并給它們加上了熒光標簽。理論上講,由于絕大多數的中樞神經系統突觸通常都帶有這兩種蛋白,因此對它們進行標記,足以用來找到絕大多數的突觸。
根據這兩種結構蛋白的表達,以及突觸的分子與形態特征,研究人員們把小鼠的突觸分為三個類型,37個亞型。不同類型和亞型的突觸,在大腦的不同區域也各自有自己喜好的地盤。
不同的突觸信號蛋白
通過分析,研究人員們發現,這些突觸隨著年齡的變化,也會出現一系列變化。而這些突觸的密度變化,依照每一個腦區的發育過程,也會略有不同。比如腦干的突觸密度較大腦而言,會更早達到峰值。這也與腦干在早期發育過程中所扮演的重要角色具有一致性。
隨著小鼠年齡的逐漸變大,從3個月到18個月,大部分腦區的突觸密度出現顯著減少。為了更好地理解這一變化帶來的影響,研究人員們把注意力集中在海馬區,這是與學習和記憶密切相關的一個腦區。有意思的是,這兩類用來標記突觸結構的蛋白,卻隨著時間推移(1周,3個月,18個月),出現了不同的變化——PSD95變化較明顯,而SAP102的水平則更穩定。這也表明這個區域的突觸,的確會隨著變老而出現變化。這可能會影響到神經活動的活性與功能。
海馬區的突觸隨著年齡增長,會出現變化
研究人員們在論文最后指出,這項對于突觸的“人口普查”,有助于讓我們在大腦發育的不同時間與地點,研究突觸的變化,以及相應的行為改變。對于大腦發育、衰老、以及大腦疾病,他們的工作也帶來了重要的研究工具。
總結
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