讲座丨神经元的关系攻略

作者: 曹华腾

来源: 中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所

发布日期: 2018-06-03 07:30:00

本次讲座由中科院神经所的曹华腾博士主讲,主题为《神经元的关系攻略》,主要探讨了神经元间的关系——突触的形成、可塑性及其在神经发育和疾病中的作用。讲座通过比较人类社会关系与神经元关系的复杂性,介绍了突触可塑性的概念及其在学习和记忆中的基础作用,并讨论了突触数量变化与大脑发育及疾病的关系。

大家好,我是来自中科院神经所“树突发育与神经环路形成研究组”的博士研究生曹华腾,今天我给大家分享的题目是《神经元的关系攻略》。“关系攻略”这个词大家不论是在看书、听讲座甚至是朋友圈都能经常见到。而今天我将从这个角度带大家认识一下突触,因为突触就是神经元的关系所在。

神经元通常都是通过它的轴突,与其它的神经元的树突或胞体形成连接,这个连接点就是突触(主要包含来自于轴突的突触前膜和树突的突触后膜)。

而我们的任何行为,比如您正在看这些文字,您眼内的神经元就会把这些文字信号传递至相应的视觉皮层,与此同时脑内其他与文字信息相关记忆的神经元也会被激活,甚至相关的情绪的神经元也会被激活,如此一个信号的输入引起一群神经元的激活是我们大脑行使功能的基础,而这个基础也就是神经元的关系——突触。

马克思说“人的本质是社会关系的总和”,而这里也可以说“神经元的本质是神经元关系的总和”。

如上图我们可以把“地球上的人”和“人脑内的神经元”之间的作一个对比。地球上有多达70亿人,且人与人之间的关系也非常复杂,有一个假说叫“六度分隔”,也叫“小世界假说”,是说通过小于等于6个的连接点可以联系起任何两个陌生人,由此可以想象人类关系的复杂程度,而这么复杂的关系,我们又是怎么处理的呢?

有另一个假说叫做“150法则”,也就是著名的“邓巴数字”,是说每个人能够形成稳定关系的只有150人左右,也就是说我们的关系网是呈动态平衡的状态,这样我们才能更高效地处理关系。而人脑内的神经元,数量上比人的总数高一个数量级,连接(突触)的数目也高得更多,那它怎么处理这种更复杂的关系呢?是不是也有类似的“六度分隔”或者“150法则”?

我相信肯定是有的,只是它可能不是六度,而是其他的一个数字N,而它的邓巴数字也不是150,而是如图所示的103-104,因为神经元之间的连接是动态平衡的,那它是怎样动态变化的呢?

这里就要提到另一个专业名词——突触可塑性,意为突触的可变化性。它一直被认为是学习和记忆的基础。突触可塑性又可分为短时程可塑性和长时程可塑性。我们简单介绍一种典型的长时程可塑性,如上图可塑性当然包括增强和减弱两种。

先说人与人的关系,经常联系会使人的关系要变得紧密,而对人爱搭不理关系则变弱,神经元是不是也有类似的现象呢?当然有,如果给突触一段100HZ高频刺激,突触就会变强(长时程增强LTP);而且给一段1HZ的低频刺激,突触就会变弱(长时程减弱LTD),这也是一个典型的实验室常用的LTP和LTD的程序。

而我们的大脑的发育和疾病与如此重要的突触之间有什么关联呢?

这也是我们最后的重点,如上图中黑线所展示的是大脑正常发育过程中突触数量的变化,从出生到儿童时期,突触数目呈快速的增长,而到青少年时期反而有一定下降,再到成年达到相对稳定的数目。另外从图我们还可以看到,突触数无论变多还是变少都是不健康的。

很多的研究发现许多孤独症的大脑呈现突触数目变多,而一些精神分裂症患者的前额叶皮层突触则变少,更有意思的是一些以神经元死亡为特点的神经退行性疾病,如阿尔兹海默症,在神经元死亡之前就已经有了突触数目的明显减少。

我们研究组主要以小鼠为模式动物,研究早期发育中可能的条件对突触形成和突触修剪的影响。有趣的是我们发现给予小鼠丰富环境的条件,也就是给小鼠更多同伴以及玩具,不但会促进突触的形成,而且会促进突触的修剪。此外我们也研究一些相关的基因,还有一些小分子包括催产素和DHA,以及炎症在突触发育中的作用。

最后谢谢大家的参与,祝大家的神经元的关系更加和谐,谢谢大家!

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