科學家們早就知道，學習需要鈣流入和流出腦細胞。但哥倫比亞祖克曼研究所的研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，來自神經(jīng)元內(nèi)部的大量鈣也可以促進學習。這一發(fā)現(xiàn)來自對老鼠如何記住他們探索的新地方的研究。
今天發(fā)表在《科學》雜志上的這項新研究并不建議你應該喝更多富含鈣的牛奶來通過數(shù)學課。它提供了對學習和記憶基礎機制的更好理解：有助于闡明阿爾茨海默病等疾病的知識。
我們在這項新工作中研究的細胞位于海馬體中，這是受阿爾茨海默病影響的第一個大腦區(qū)域。了解允許這些腦細胞編碼記憶的基本原理將為了解這種疾病的問題提供巨大的見解。”
Franck Polleux，博士，哥倫比亞大學祖克曼研究所首席研究員
大腦的學習和記憶能力——從我們的第一句話和第一步到我們停車或留下鑰匙的地方——取決于神經(jīng)元相互連接的間隙，稱為突觸。隨著時間的推移，細胞交換信息的突觸可以被修改。這種體驗的延展性，稱為可塑性，依賴于鈣離子在大腦中的流動方式。
幾乎所有關于鈣在可塑性中所起的作用的研究都集中在它如何通過神經(jīng)元表面的通道沖進和沖出突觸。二十多年來，科學家們一直懷疑神經(jīng)元內(nèi)的鈣儲備也可能在塑造可塑性方面發(fā)揮重要作用。但直到現(xiàn)在，科學家們還沒有辦法研究從這些內(nèi)部水庫中排出的鈣對哺乳動物大腦的影響。
“很長一段時間以來，沒有好的工具可以真正探測活體動物的這種細胞內(nèi)鈣釋放，”Polleux 實驗室的博士后研究員和第一作者 Justin O'Hare 博士說。 Attila Losonczy，醫(yī)學博士，博士，哥倫比亞 Zuckerman 研究所。
在對老鼠的新研究中，Polleux 實驗室和 Losonczy 實驗室專注于海馬體，這是大腦中記憶中心的海馬形區(qū)域。具體來說，科學家們分析了金字塔形神經(jīng)元，這些神經(jīng)元可以編碼海馬區(qū) CA1 中的位置記憶，稱為位置細胞。
“位置細胞是我們不僅可以創(chuàng)建世界地圖的關鍵工具之一，而且還可以將一個地方與某物聯(lián)系起來，例如獎勵、顏色、氣味、任何東西，”Polleux 博士說，他也是一名研究人員。哥倫比亞瓦格洛斯內(nèi)科外科學院神經(jīng)科學教授。“最大的問題是，‘這些細胞是怎么做到的?’”
為了回答這個問題，研究人員讓老鼠在跑步機上跑步，皮帶由三種不同的織物制成，并飾有亮片、毛茸茸的絨球和其他裝飾品。這些裝飾提供了關于腰帶上特定位置的視覺和觸覺感官提示。這些小鼠大腦中的位置細胞已經(jīng)過基因改造，可以響應激光而開啟，這種技術被稱為光遺傳學。這使研究人員能夠將這些位置細胞調(diào)整到皮帶上的特定位置。
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