研究人员发现脑细胞是如何改变音调的(w/视频)

脑细胞之间用各种各样的音调交流。有时他们大声说话，但有时却很难被听到。多年来，科学家们一直在问，大脑细胞为什么和如何如此频繁地改变音调。今天，美国国立卫生研究院的研究人员发现，来自快速移动的发电厂(称为线粒体)的短暂化学能爆发，可能调节脑细胞的通讯。

“我们对这些发现感到非常兴奋，”祖航胜博士说，他是美国国立卫生研究院神经紊乱和中风国家研究所(NINDS)突触功能部门的高级首席研究员和主任。“我们可能已经回答了一个长期存在的基本问题:如何做到这一点大脑细胞用各种各样的声调与他人交流。”

网络神经细胞整个身体通常通过在细胞之间的通信点发送成千上万的神经递质或大脑化学物质来控制思想、动作和感觉突触．神经递质是从微小的突起在神经细胞上发现的，叫做突触前钮扣。钮子就像串珠一样排列在细长的轴突上。它们通过调节神经细胞释放递质的数量和方式，帮助控制信号的强度。

线粒体被称为细胞的发电厂，因为它们利用氧气将许多细胞作为食物的化学物质转化为三磷酸腺苷(ATP)，这是细胞的主要能量。这种能量对神经细胞的生存和交流至关重要。先前的研究表明，线粒体可以沿着轴突快速移动，从一个钮扣跳到另一个钮扣上。

在这项研究中，发表在细胞的报道盛博士和他的同事们表明，这些移动的发电厂可能会控制钮扣发出的信号强度。

“这是第一个将线粒体沿轴突的运动与突触传递过程中发出的多种神经细胞信号联系起来的证明，”盛博士说。

研究人员使用先进的显微镜技术观察线粒体在钮扣释放神经递质时的移动。他们发现，当线粒体在附近时，纽扣会发出一致的信号。

“这就好像线粒体的存在导致纽扣以单调的声音说话，”盛博士实验室的研究员、该研究的第一作者孙涛博士说。

令人惊讶的是，当线粒体消失或远离纽扣时，信号强度就会波动。结果表明，在突触处的静止能量的存在控制着神经信号强度的稳定性。

为了进一步验证这一想法，研究人员通过改变突触蛋白的水平来操纵轴突中的线粒体运动，突触蛋白是一种帮助将线粒体固定在轴突内的神经细胞骨架上的蛋白质。syntaphilin的去除导致了线粒体的更快移动，来自这些神经元的电记录显示，它们发送的信号波动很大。相反，神经细胞中突触素水平的升高阻止了线粒体的运动，并导致纽扣通过发送相同强度的信号以单调的声音说话。

“众所周知，轴突中大约三分之一的线粒体会移动。我们的研究结果表明，脑细胞的通讯是由发生在无数微小细胞间连接点上的高度动态事件严密控制的，”盛博士说。

在单独的实验中，研究人员观察了这些微小钮扣在发送神经信息时的ATP能量水平。

“在附近没有线粒体的钮扣中，这种水平波动更大，”孙博士说。

研究人员还发现，即使线粒体发电厂在附近，用药物寡霉素阻断线粒体中ATP的产生，也会减少boutons发出的信号的大小。

“我们的研究结果表明，附近线粒体产生的局部ATP对一致性至关重要神经递质释放，”盛博士说。“看来，突触传递的可变性是由快速移动控制的线粒体为它们所经过的钮扣提供短暂的能量爆发。”

神经中线粒体能量产生和运动的问题细胞与阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性侧索硬化症和其他主要神经退行性疾病有关。盛博士认为，这些结果将最终帮助科学家了解这些问题是如何导致脑细胞交流障碍的。

盛博士说:“我们的发现揭示了通过调节线粒体流动性来调节大脑交流的细胞机制，从而促进了我们对人类神经疾病的理解。”