Cell:為什么我們會迷路?
日期:2011-11-22 09:43:37
來自挪威科技大學Kavli系統神經科學研究所等處的研究人員發表了題為“Grid Cells Use HCN1 Channels for Spatial Scaling”的文章,發現了大腦中調控內部分辨率的一個關鍵機制,這種機制就像是大腦中變焦按鈕,幫助我們處理空間分辨率,辨別方向。這一研究成果公布在Cell雜志上。
文章的通訊作者是Kavli系統神經科學研究所Edvard I. Moser教授,以及Lisa Giocomo,其中Moser教授近期剛剛獲得了Anders Jahre 2011年醫學研究獎——這一獎項是北歐地區生物醫學方面最大獎項之一,由奧斯陸大學頒發。
每個人都能完成空間上的放大或者縮小,但是其中的機制科學家們至今了解的還并不清楚。在這篇文章中,研究人員報道了他們如何通過敲除實驗,改變小鼠大腦中網格細胞(grid cells)中的離子通道,發現大腦奧秘的經過。
之前的研究發現小鼠的腦中負責辨認方向的細胞位于海馬體中。這些細胞共有三種類型,分別為:方向辨識細胞(head direction cells)、空間辨識細胞(place cells)和定位細胞(grid cells)。這三類細胞有各自不同的任務——方向辨識細胞就像是指南針,它用于指揮行進方向,發育最早,因此在小鼠睜開眼睛時就可幫助它辨認方向;空間辨識細胞負責記憶某個地方的周圍環境,它發育得相對較晚;而定位細胞成熟最晚,它是一種相對復雜的空間協調系統,用于確定所處環境的具體位置及距離某個地點的遠近。因此,每當小鼠到達一個新的陌生環境中,以上三種細胞會協同發生作用,最終在腦中產生一個“心理地圖”。當下次再到這里時,便可使用這個“心理地圖”來判斷方位。
研究人員發現離子通道在這其中扮演了重要角色,它們能介導細胞內部和外部的信號,當研究人員敲除離子通道的時候,地圖就會變得不精確。Giocomo說,“當我們敲除了HCN1離子通道,天然坐標系統的比例就會增大,這就像是失去了地圖上的緯度和經度線一樣,突然牛就不能精確定位空間位置了。”
在正常大腦中,離子通道正常工作,大腦能產生所需的精確分辨率,但是如果離子通道不能正常工作了——就像是實驗小鼠一樣——那么地圖就無法獲得正確的分辨率了。
這項研究對于進一步深入分析阿茲海默癥,及相關疾病具有重要意義,“因為阿茲海默癥患者的這一區域受到了破壞,而且阿茲海默癥患者出現的一個首先癥狀就是突然發現失去的方向感,當然我們還不確定這兩者之間的關聯,但是這值得深入研究下去。”
同期還有另外一篇發表在Neuron雜志上文章,由哥倫比亞大學Kavli系統神經科學研究所完成,這兩個Kavli研究所目前已決定在這一項目上合作進行研究。
Moser教授說,我們相信這將是一項重要的合作,而不是競爭,我們從Kandel實驗室(哥倫比亞大學)獲得了敲出小鼠,并且一位博士后也來到我們這里進行研究,我們探討了目前的發現,相互交流和溝通。
這一合作交流了大腦中兩個相關區域的研究資料,即內嗅皮層和海馬區,這些數據描述敲除網格細胞和空間辨別細胞中的離子通道,產生的后果,研究成果證明了我們的大腦如何調控自身的變焦,以適應方向空間辨認的需要。
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