澳门威斯尼人网站中科院研究表明大脑神经发育,动物研究显示青春期社交隔离会导致大脑发育异常

日期:2020-01-27编辑作者:环球动态

来源:新华网 发布时间:2019/9/18 14:09:33 选择字号:小 中 大 动物研究显示青春期社交隔离会导致大脑发育异常

3月7日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线发表了复旦大学脑科学研究院研究员禹永春课题组题为《出生早期CX26的敲除影响大脑皮层发育并且导致焦虑情绪的提高》(“Neonatal CX26 removal impairs neocortical development and leads to elevated anxiety”, doi:10.1073/pnas.1613237114)的研究论文。该论文报道了大脑皮层发育早期电突触介导的神经元同步化放电活动对脑皮层神经环路的发育和成年行为的重要作用。

科技日报上海8月7日电 为什么随着年龄的增长学习新技艺变得十分困难?近日,中科院上海生命科学研究院神经科学研究所于翔研究组从脑神经细胞角度给予了新的解释。研究表明,在人类的大脑中,连接各个神经元的信使突触和树突棘之间存在着相互竞争关系强者获得更多的资源走向成熟,弱者被修剪,这一修剪过程在青春期达到峰值,被修剪的信使其功能也随之弱化。8月7日,研究成果被《细胞》期刊在线发表。

新华社北京9月18日电 美国一项新研究发现,雌性小鼠如果在青春期被隔离起来,它们大脑中的前额叶皮质会出现非典型发育,并在成年后产生对一些习惯性行为的过度依赖,这种依赖被认为与上瘾行为和肥胖等相关。

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早前已有大量研究表明,在人类发育早期,树突棘与突触的数目快速增加,形成功能性的神经网络,此时也是拓展技能、开展学习的关键期也就是我们常说青少年接受能力强的原因所在。

大脑中的神经元通过突触形成各种神经网络,突触位于神经细胞表面的树突棘上,是脑部信息传递的结构基础。在大脑发育的头几年,树突棘大量产生,之后经过外界刺激和学习的不断修剪,最终形成神经网络。

(A)在小鼠出生早期敲除兴奋性神经元电突触蛋白CX26。(B)CX26的敲除可显著降低自发同步化放电的频率和规模。(C)CX26的敲除显著降低兴奋性神经元树突复杂度和树突棘的密度。(D)行为学检测(高架十字迷宫)。CX26敲除的小鼠焦虑行为显著增强。

然而,细胞内的养料是有限的。面对数量庞大的信使群,资源该如何分配?进入青春期后,大脑开始洗牌。通过大量的小鼠实验,于翔研究组发现,各路信使之间存在着竞争关系。在营养资源有限的情况下,为更有效地再分配营养资源,相邻信使之间互相竞争,获胜方得以存留并变得更加强大,一旦最初的优势形成,越来越多的营养以正反馈的方式不断滋养胜利者;而失败者只能被修剪。这一过程循环往复,让强者愈强,弱者愈弱。因而成年后,再通过学习手段刺激弱势信使需要更多时间和精力。

青春期是大脑发育的关键阶段,此时神经网络通过修剪逐步走向精确化,一些连接得到加强,另一些则会被消除。此前有研究证明这一阶段的社交行为对大脑发育有重大影响,树突棘的动态变化如果出现异常可能导致神经系统疾病。

神经环路是大脑神经系统的基础,这些彼此联系的神经元构成一定的神经环路来发挥大脑的高级功能。已有证据表明,在哺乳动物大脑皮层发育早期兴奋性神经元之间存在着大量的“电突触”联系。然而随着大脑皮层不断发育,这些电突触逐渐消失,取而代之的是化学性突触联系。尽管电突触的重要功能逐渐被神经科学家所关注,然而电突触通过何种机制调控脑皮层环路的发育是目前神经科学所面临的重要科学问题。同时,研究表明兴奋性神经元之间的电突触联系参与了脑皮层早期神经网络自发放电同步化震荡。有假说称此同步化震荡对脑皮层神经环路的发育起到了至关重要的作用,然而至今此假说并没有被实验所证实。更为重要的是,发育早期由电突触介导的神经网络是否会影响成年个体的行为目前依然不清楚。

于翔介绍说,重新洗牌后,虽然总体信使数量减少,但质量却得以保证。同时,于翔强调,大脑具有惊人的可塑性,通过反复学习锻炼,大脑依然可以创造奇迹。

美国神经学学会的研究人员日前在美国《神经科学学报》上发表研究报告说,为了确定青春期社交上的隔离状态对神经行为产生的长期影响,研究人员挑选了一些处于青春期的雌性小鼠,把它们隔离开来喂养,并在成年后让它们重新进入社交环境中。结果发现,青春期的社交隔离状态会对成年后的大脑和行为模式带来损害,这种损害与小鼠大脑前额叶皮质中的树突棘异常增生相关。

在本项研究中,禹永春课题组利用可诱导的条件性敲除小鼠系统(EMX1-CreER),在小鼠出生早期特异性敲除兴奋性神经元间的电突触蛋白CX26。研究表明,CX26的敲除可显著降低发育早期自发同步化放电的频率和规模。其次,CX26的敲除显著降低兴奋性神经元树突复杂度和树突棘的密度。有趣的是,只有在出生早期而非晚期敲除CX26可显著降低兴奋性神经元mEPSCS的频率,而对mIPSCs的幅度和频率无影响。研究人员进一步证实,CX26敲除对兴奋性神经元形态学和环路的影响可一直持续到小鼠成年时期。更重要的是,研究人员发现CX26敲除的小鼠焦虑行为显著增强。该工作首次证实了发育早期电突触介导的神经元同步化放电活动对脑皮层神经环路的发育起到了至关重要的作用,同时揭示发育早期电突触联系对小鼠成年行为具有重要影响。该研究不仅为深入理解大脑皮层神经元环路发育有着重要意义,同时为脑神经环路发育异常相关疾病的诊断和治疗方面提供了新思路。

研究人员认为,这一发现可能为未来通过在青春期阶段对大脑进行微调干预等治疗相关神经系统疾病提供新的思路。

该研究在禹永春的指导下,由苏鑫和陈敬敬等完成。苏鑫和陈敬敬为该论文的共同第一作者,禹永春为通讯作者。该课题获得了科技部973项目、国家自然科学基金面上项目、基金委重大研究计划培育项目等资助。

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(封面制图 张鹤仪)

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