text: 你的大脑利用率是几成?《Nature》发现成年人的大脑中有大量的沉默突触
  麻省理工学院的神经科学家们发现，成年人的大脑中含有数百万个“沉默突触”——神经元之间不成熟的连接，在被招募来帮助形成新的记忆之前，它们一直处于不活跃状态。到目前为止，人们认为沉默突触只在早期发育阶段出现，在这个阶段，它们帮助大脑学习在生命早期接触到的新信息。然而，麻省理工学院的新研究显示，在成年小鼠的大脑皮层中，大约30%的突触是沉默的。研究人员说，这些沉默突触的存在可能有助于解释成年人的大脑是如何在不修改现有传统突触的情况下持续形成新记忆和学习新事物的。“这些沉默的突触在寻找新的连接，当重要的新信息出现时，相关神经元之间的连接就会加强。这让大脑可以在不覆盖储存在成熟突触中的重要记忆的情况下创造新的记忆，而成熟突触是很难改变的，”麻省理工学院研究生、新研究的主要作者Dimitra Vardalaki说。大脑和认知科学副教授Mark Harnett是这篇论文的资深作者，这篇论文今天发表在《Nature》杂志上。麻省理工学院化学工程副教授Kwanghun Chung也是一位作者。几十年前，当科学家们首次发现沉默突触时，它们主要存在于幼鼠和其他动物的大脑中。在早期发育阶段，这些突触被认为可以帮助婴儿的大脑获取大量信息，以了解他们的环境以及如何与环境互动。在小鼠中，这些突触被认为会在12天大的时候消失(相当于人类生命的第一个月)。然而，一些神经科学家提出，沉默的突触可能会持续到成年，并有助于新记忆的形成。这方面的证据已经在成瘾的动物模型中看到，成瘾被认为主要是一种异常学习障碍。哥伦比亚大学的Stefano Fusi和Larry Abbott在该领域的理论工作也提出，神经元必须表现出广泛的不同的可塑性机制，以解释大脑如何既能有效地学习新事物，又能将其保留在长期记忆中。在这种情况下，一些突触必须很容易建立或修改，以形成新的记忆，而另一些则必须保持更稳定，以保存长期记忆。在这项新研究中，麻省理工学院的研究小组并没有专门去寻找沉默的突触。相反，他们是在跟踪Harnett实验室之前的一项研究中一个有趣的发现。在那篇论文中，研究人员表明，在单个神经元中，树突——从神经元中突出的触角状延伸物——可以以不同的方式处理突触输入，这取决于它们的位置。作为研究的一部分，研究人员试图测量不同树突分支上的神经递质受体，看看这是否有助于解释它们行为的差异。为了做到这一点，他们使用了一种名为eMAP(表位保存的蛋白质组放大分析)的技术，这是钟发明的。使用这种技术，研究人员可以物理扩展组织样本，然后在样本中标记特定的蛋白质，从而有可能获得超高分辨率的图像。在进行成像的过程中，他们有了一个惊人的发现。“我们看到的第一件事是，非常奇怪，我们没有预料到，那里到处都是丝状足，”Harnett说。从树突延伸出的薄膜突起，即丝状足，以前也曾被发现过，但神经科学家并不清楚它们的确切作用。部分原因是丝状足太小了，用传统成像技术很难看到。在观察之后，麻省理工学院的研究小组开始尝试使用eMAP技术在成人大脑的其他部分寻找丝状足。令他们惊讶的是，他们在鼠的视觉皮层和大脑的其他部分发现了丝状伪足，其水平比之前发现的高10倍。他们还发现丝状伪足有一种叫做NMDA受体的神经递质受体，但没有AMPA受体。一个典型的活跃的突触有这两种类型的受体，结合神经递质谷氨酸。NMDA受体通常需要与AMPA受体合作传递信号，因为NMDA受体被神经元正常静息电位的镁离子阻断。因此，当AMPA受体不存在时，只有NMDA受体的突触不能通过电流，被称为“沉默”。为了研究这些丝状足是否可能是沉默的突触，研究人员使用了一种被称为膜片夹紧的实验技术的改进版本。当他们试图通过模仿邻近神经元释放神经递质谷氨酸来刺激单个丝状足时，这使得他们能够监测到丝状足产生的电活动。使用这种技术，研究人员发现谷氨酸不会在接受输入的丝状足中产生任何电信号，除非NMDA受体在实验上被畅通。研究人员说，这为丝状足代表大脑内沉默突触的理论提供了强有力的支持。研究人员还表明，通过结合谷氨酸释放和来自神经元体的电流，他们可以“打破沉默”这些突触。这种联合刺激导致沉默突触中AMPA受体的积累，使其与附近释放谷氨酸的轴突形成强烈连接。研究人员发现，将沉默的突触转化为活跃的突触比改变成熟的突触要容易得多。“如果你从一个已经有功能的突触开始，可塑性协议就不起作用了，”Harnett说。“成年人大脑中的突触有一个更高的阈值，大概是因为你希望那些记忆非常有弹性。您不希望它们经常被覆盖。另一方面，丝状足可以被捕获形成新的记忆。”研究人员说，这些发现为Abbott和Fusi提出的理论提供了支持，该理论认为成年人的大脑中有高度可塑性的突触，可以被招募来形成新的记忆。“据我所知，这篇论文是第一个真正的证据，证明它是如何在哺乳动物的大脑中工作的，”Harnett说。“丝状足使记忆系统既灵活又强健。你需要灵活性来获取新信息，但你也需要稳定性来保留重要信息。”研究人员现在正在人类脑组织中寻找这些沉默突触的证据。他们还希望研究这些突触的数量或功能是否受衰老或神经退行性疾病等因素的影响。“完全有可能，通过改变你在记忆系统中的灵活性，改变你的行为和习惯或吸收新信息会变得更加困难，”Harnett说。“你也可以想象，找到一些与丝状足有关的分子，并试图操纵其中一些东西，以试图随着我们年龄的增长恢复灵活的记忆。”