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沟通中断:你的大脑如何防止神经元不受控制地放电

都寒霄
导读 癫痫发作突然由压力、发烧、闪光灯或疲倦引发。有些会导致身体抽搐和颤抖,而另一些会导致奇怪的感觉,使人失去意识或晕倒。它们可能发生在

癫痫发作突然由压力、发烧、闪光灯或疲倦引发。有些会导致身体抽搐和颤抖,而另一些会导致奇怪的感觉,使人失去意识或晕倒。它们可能发生在人醒着或睡着的时候。当它们经过时,几秒钟或几分钟后,它们会让人们感到疲倦、困惑和迷失方向。

大脑通常保持一定程度的抑制,以防止神经元不受控制地放电。但是在癫痫发作期间,大脑的一部分开始过于疯狂地发射并且无法停止,导致电活动激增和癫痫发作。

虽然癫痫发作通常不会疼痛,但对那些永远不知道何时会发作的人造成巨大的身体和情感伤害,包括全世界大约50万癫痫患者。

那些癫痫发作的人通常不能开车。有些人不能独自旅行。许多人的工作选择有限。虽然药物有助于减少癫痫发作,但它们通常是无效的,并且会产生副作用,包括胃部不适、头晕或视力模糊。

这种情况可能会在不远的将来发生变化,斯克里普斯研究所多里斯神经科学中心主任、冷泉港实验室前神经科学教授霍利斯·T·克莱恩(Hollis T. Cline)说。

她期待着有一天,一个感到即将发作的癫痫患者将能够服用一种药物来减少大脑中的异常活动并防止峰值发生。“我认为这是非常可行的,而且很可能会发生,”她说。

防止癫痫发作的脑细胞

克莱恩的乐观态度部分源于冷泉港实验室教授琳达·范·埃尔斯特(Linda Van Aelst)等科学家进行的基础研究,她研究细胞如何相互交流,以及这种交流如何预防疾病。

Van Aelst正在努力弄清楚如何防止神经元放电过多或过少。就像人与人之间的有效对话一样,大脑努力保持神经元内交流的“音量”稳定。

在人类中,如果一个人说话太轻,听众可能听不清。如果扬声器太大声或尖叫,听众可能会大吃一惊,甚至可能走开。神经元的情况与此类似:如果没有足够的信号发射,那么它们就无法相互交流。

如果活动过多,则电路内的通信就会中断。当大脑的一部分发射过多时,这种分解会导致癫痫发作。

为了了解神经元通常如何工作以及可能出错的原因,Van Aelst研究了控制神经元之间通信量的机制。神经元通过突触相互交流,突触是让神经元将电或化学信号传递给其邻居的结构。

“我称它们为通信中心,”Van Aelst说。相互通信的神经元簇称为神经回路。如果这些回路在大脑发育过程中没有正确形成,沟通就会变得不正常。

Van Aelst的团队正在研究帮助这些网络发展的细胞。一种称为小胶质细胞的类型传统上被视为脑免疫细胞,因为它们经常充当清理人员,吃病毒,细菌,细胞碎片和其他不需要的垃圾。它们还可以修复不再需要的损伤和修剪突触。

这些椭圆形细胞可以承担另一个令人惊讶的角色:它们能够从身体中伸出手臂状延伸,从而滋养其他细胞和连接。Van Aelst和她的团队发现,在幼崽和年轻小鼠中,小胶质细胞将这些“手臂”包裹在一些脑细胞周围,加强神经元之间的突触。

“人们没有意识到小胶质细胞在发育高峰期实际上可以具有良好的功能,以建立更多的突触连接,这对于正常,适当的功能至关重要,”Van Aelst说。

另一个因其在神经元网络中的作用而受到研究的重要参与者是枝形吊灯细胞。这些细胞因其神经纤维像枝形吊灯的手臂一样分支而得名,是强大的沟通者。

大多数神经元与它们的兄弟“说话”,而不会直接产生电“尖峰”,但枝形吊灯细胞直接连接到启动尖峰的目标神经元部分。这些尖峰促进了大脑中的短距离和长距离交流,因此枝形吊灯可以对邻近的神经元产生强大的影响。这些细胞中太多或太少都可能与癫痫等疾病有关。

为了更好地了解神经发育障碍,Van Aelst的团队正在探索枝形吊灯和小胶质细胞如何协同工作以建立健康的网络。例如,“枝形吊灯细胞可以控制兴奋性目标神经元,这样它就不会发射太多,”Van Aelst说。她补充说,这是一个令人惊讶的发现。

在此之前,“人们不知道这些联系是如何形成的。她的团队还发现,当小胶质细胞受损时,在兴奋性靶神经元上形成的枝形吊灯细胞突触较少,导致这些神经元的放电增加。

接下来,“我们真的需要在分子水平上弄清楚这些神经元和小胶质细胞之间的这种通信是如何发生的细胞机制,”Van Aelst说。

这些对大脑及其功能和功能障碍的细粒度视图可用于治疗癫痫以外的各种神经系统疾病,包括抑郁症,各种智力残疾和阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病。

一旦像Van Aelst这样的研究人员发现了受这些疾病影响的大脑区域异常活动的分子原因,其他科学家就可以开始锻造治疗分子来修复它。Van Aelst说,这听起来像是一个很长的镜头,但这并不是科学中第一次长镜头成为拯救镜头。看看从当前大流行中拯救数百万人的研究就知道了。

“在我看来,大多数治疗方法都来自基础研究,”Van Aelst说。“例如,对疫苗的研究是20多年来对mRNA分子工作的结果。”