人類和絕大多數哺乳動物，能夠相當敏銳的判斷聲音來源的空間位置。聲音信息到達左右兩耳的時間存在微小的延遲，為了判斷聲音的來源，大腦發展出了能夠快速檢測上述延遲的環路。人們已知的最大腦部突觸，就是這一環路的核心。現在，科學家們揭示了這些巨突觸形成的機制，這一機制使我們能夠極為有效的處理聽覺信息。
大型突觸通訊更快
一般來說，神經元之間存在大量被稱為突觸的接觸點。在給定的時間范圍內，神經元必須從鄰近神經元接受信號，并發出自身信號作為回應。這時，神經元之間的信息傳遞，是一種相對隨機的方式。
但大腦中的聽覺系統卻并非如此，該系統內的突觸往往非常大，被稱為“Calyx of Held”突觸。這些巨型突觸擁有數以百計的接觸點，能夠快速的傳遞信號。“這可以說是一種神經元之間的點對點通訊，”領導這項研究的Ralf Schneggenburger教授說。與絕大多數其他神經環路相比，這種巨型突觸處理信息特別快。
EPFL的研究人員在Nature Neuroscience雜志上發表研究，鑒定了起始上述巨突觸生長的特定蛋白，并描述了這些蛋白的作用，為多種神經學疾病帶來了新的啟示。
鑒定蛋白
研究人員在小鼠中進行了全基因組篩查，發現BMP蛋白家族的一些成員是calyx區域的潛在信號分子。為了驗證BMP蛋白的功能，研究人員使小鼠腦部聽覺區域的BMP蛋白受體失活。“巨突觸Calyx of Held區域的生理學信號發生了顯著的改變，”文章的第一作者Le Xiao說。
隨后，研究人員在電鏡觀察的基礎上進行了三維重建，發現BMP蛋白受體失活后，不能形成單個巨大的Calyx of Held突觸，而是出現了數個較小的突觸。“這說明BMP蛋白參與的過程，既起始Calyx of Held突觸的生長，還避免了其他突觸的出現，”Schneggenburger說。
研究顯示，去除小鼠聽覺系統的BMP受體，會使突觸發生形態學和功能性的異常，損害神經終端的生長，減少成熟神經遞質的釋放。
突觸連接，神經學疾病的關鍵
這一研究增加了人們對聽覺系統的了解，展示了BMP蛋白在大腦突觸連接中的重要作用。目前，Schneggenburger及其同事正在研究BMP蛋白對大腦其他部位的作用。“精神分裂癥、孤獨癥等一些神經學疾病中，大腦關鍵區域的突觸連接發生了異常，”Schneggenburger解釋道。了解這一過程中各蛋白的功能，可以幫助科學家們進一步了解相關疾病。