Neuron新文章聚焦控制精细动作的抑制性突触

无论是拿起一支笔，还是协调身体的不同部位，小脑都在发挥着控制运动的重要作用。奥地利科学技术研究所（ISTA）的研究人员近日分析了小脑中神经元之间的一组关键突触是如何运作和发育的。这项研究成果已发表在《Neuron》杂志上。

也许你并没有意识到，你每天都在使用大脑中复杂的神经回路来完成一些精细动作。其中一个重要的元件就是小脑，它在精细运动的控制、协调和选择时机方面起着关键作用。

奥地利科学技术研究所的Peter Jonas教授举了一个例子：“每次去爬山时，我都要利用小脑中神经元之间的复杂连接结构——突触。在这个项目中，我们想了解它们是如何工作的。”他也是这篇论文的通讯作者。

第一作者Jingjing Chen解释说，小脑接受大脑其他部分和感觉系统的大量输入信号，但它要通过一种浦肯野细胞（Purkinje cell）的关键神经元来输出信号和控制运动。“反过来，所有这些浦肯野细胞又通过它们的输入突触从小脑的其他神经元中获得大量信号。我们研究了一种特殊的突触，它能抑制浦肯野细胞的活动，在控制其输出信号方面发挥关键作用。”

小脑中的浦肯野细胞构成了运动控制信号的瓶颈，但在分子和细胞水平上如何实现这一点，还有许多细节不清楚。在这项研究中，奥地利的研究人员揭示了抑制性突触的细节。

研究人员使用亚细胞膜片钳技术，在一种称为在线共聚焦成像的光学显微镜技术的指导下，详细观察了这些突触的功能。与此同时，他们利用电子显微镜以尽可能高的分辨率来研究突触的结构。他们观察的一些特征只有几纳米。

他们测定了突触的各种参数，比如神经递质释放的位置和频率，以及包含神经递质的小囊泡的大小，以便建立整个过程的计算机模型。他们对不同年龄的小鼠大脑中的神经元进行了研究，以了解它们如何随着时间的推移而发育。

通过计算机模型来模拟从幼年到成年的不同发育阶段的情况，科学家们可以看到小脑中浦肯野细胞的抑制性突触如何微妙地影响细胞的信号输出，从而精细地控制运动技能。

奥地利科学技术研究所电镜中心的 Walter Kaufmann解释说：“我们发现，在幼年时期，突触中的所有机制都是很随意地组合起来的，它们的功能并不是那么精确。随着神经回路的成熟，突触变得更加有序，接近点对点配置，从而达到更高水平的功能精确度。”

Chen博士补充说：“棘手的是，我们不能直接询问细胞它们是如何工作的。相反，我们只能在不同的发育阶段拍摄快照，并推断其背后的过程和总体结构。”

了解这种突触不仅是基础科学研究中一项有价值的工作，将来甚至有望帮助研究人员解决神经系统疾病，这些疾病的病因被认为是大脑中的突触功能失常。