最新研究發現突觸脈沖的強度與突觸大小直接相關

　　神經細胞通過突觸彼此交流。近日，發表在《Nature》上的一項研究中，來自蘇黎世大學神經信息學研究所和蘇黎世聯邦理工學院的Kevan Martin實驗室的研究團隊發現，這些聯系似乎比以前認為的要強大得多。突觸越大，傳遞的信號就越強。這些發現將有助于更好地了解大腦功能以及神經系統疾病是如何產生的。

　　新皮質是大腦的一部分，人類用它來處理感官印象、儲存記憶、給肌肉發出指令以及計劃未來。這些計算過程之所以成為可能，是因為每個神經細胞都是一個高度復雜的微型計算機，可以與大約10000個其他神經元進行通信，這種交流是通過突觸的特殊連接進行的。

　　這項研究首次證明，突觸的大小決定了其信息傳輸的強度。在這項研究中，研究人員首先測量了兩個相連神經細胞之間突觸的電流強度。為此，他們準備了小鼠的大腦切片，在顯微鏡下將玻璃微電極插入相鄰的新皮質神經細胞中。這使得研究人員可以人工激活其中一個神經細胞，同時測量另一個細胞產生的突觸脈沖強度。他們還將染料注入兩個神經元中，以在光學顯微鏡下三維地重建其分支過程。

　　由于突觸非常微小，研究人員利用高分辨率電子顯微鏡來可靠地識別和精確測量神經元的接觸點。首先，在光學顯微鏡重建中，他們標記了在傳遞信號過程中，轉發信號的神經元細胞與接受信號的神經元細胞過程之間的所有接觸點，然后在電子顯微鏡下識別了兩個神經細胞之間的所有突觸。他們將這些突觸的大小與其之前測量的突觸脈沖相關聯。研究人員發現，突觸脈沖的強度與突觸的大小直接相關。這種相關性可以根據測量到的突觸大小來判斷信息傳遞的強度。研究人員解釋說，這可以讓科學家們使用電子顯微鏡來精確繪制新皮質的“線路圖”，然后在電腦上模擬并解釋這些線路圖中的信息流。這類研究將有助于更好地理解大腦在正常情況下是如何運作的，以及“線路缺陷”是如何導致神經發育障礙的。

　　該研究團隊還解決了神經科學領域另一個長期存在的難題：到目前為止，傳統的理論是，當突觸被激活時，只有一個充滿神經遞質的囊泡被釋放。研究人員使用一種新的數學分析來證明每個突觸實際上都有幾個位點，可以同時釋放囊泡，這意味著突觸要復雜得多因此，整個大腦皮層的計算能力和存儲能力似乎比以前認為的要強大得多，今后我們也可以更動態地調節信號強度。