復旦大學學者探索「大腦神經網路形成之謎」獲重要進展

經3年多潛心研究，復旦大學神經生物學研究所禹永春副教授領銜的課題組與美國紐約斯隆凱特琳癌症研究中心時松海課題組合作，在「腦神經環路發育研究」方面取得重要進展，該成果首次發現，腦神經元間由「電突觸」介導的信息交流在大腦皮層神經環路發育中有重要作用。這項研究不僅為科學家深入研究大腦皮層神經網路形成之謎提供了重要啟示，也為腦神經環路發育異常相關疾病（如小兒癲癇、自閉症、智力發育遲滯等）的診斷和治療提供了新思路和新靶點。日前，該成果已在線發表在世界頂級科技學術期刊《自然》（《Nature》）雜誌上。　　大腦皮層是由上百億個神經元構成的複雜網路，大腦中一個神經元與另一個神經元相接觸的部位叫做「突觸」，它是神經元之間在功能上發生聯繫的部位，也是信息傳遞的關鍵部位。科學家把大腦中突觸前細胞通過釋放特殊化學物質將信息轉送到突觸後細胞，稱之為化學突觸；把藉助於電信號傳遞信息，稱為「電突觸」。「電突觸」被普遍認為在神經元相互信息交流中具有重要作用。　　多年來，神經科學家都在考慮和研究一個重大問題，大腦皮層中的神經突觸環路是怎樣形成的？這些神經環路的形成有沒有什麼基本規律可循？研究表明，在哺乳動物大腦皮層發育早期興奮性神經元之間存在著大量的「電突觸」，然而，隨著大腦皮層不斷發育，神經元間「電突觸」聯繫逐漸消失，取而代之的是化學性突觸。　　為了探索大腦「電突觸」之奧秘，禹永春等研究人員通過改變興奮性神經元間「電突觸傳遞」的方法，首次探明了「電突觸」在腦皮層神經環路發育中的重要作用。研究中，他們發現了一個有趣的現象：在發育早期神經環路記錄中，高親緣性姐妹神經元間較非姐妹神經元有著更緊密的「電突觸」聯繫，並隨著發育姐妹神經元間「電突觸」聯繫逐漸減少，進而「化學性突觸」逐步取代了「電突觸」。那麼，姐妹神經元早期表達的「電突觸」有什麼作用呢？　　禹永春等進一步研究發現，「電突觸聯繫」在姐妹神經元間同步化放電中有關鍵的作用。為了更進一步研究「電突觸」對化學性突觸發育的影響，禹永春等巧妙地利用分子生物學的方法選擇性地關閉姐妹神經元「電突觸」通道，令人吃驚奇的一幕發生了：通道關閉後，姐妹神經元之間的化學突觸聯繫顯著下降，但是非姐妹神經元之間的化學突觸聯繫沒有受到影響。　　上述研究結果表明，大腦皮層神經環路發育是有一定規律的，即神經元親緣性越高越容易形成神經突觸聯繫，更為重要的是，神經元親緣性是由「電突觸」聯繫在一起的。該成果首次揭示了「電突觸」和「化學突觸」之間的因果聯繫。該成果破解了腦皮層環路發育過程中神經元間相互交流的「秘密語言」，為人類深入探索大腦的奧秘向前邁出重要一步，對人類由神經環路發育異常引起的相關疾病的診斷和治療有重大意義。
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