脑细胞如何选择保持哪些连接

脑细胞或神经元不断地修补它们的电路连接，这是大脑存储和处理信息的一个关键特征。虽然神经元经常通过短暂的接触来测试新的潜在伴侣，但只有一小部分被称为突触的新生连接被选中成为永久性的。

兴奋性突触选择的主要标准是它们对经验驱动的反应有多好神经活动但这种选择是如何在分子水平上实现的还不清楚。在一项新的研究中，麻省理工学院的神经科学家已经确定了CPG15基因和蛋白质，它可以让经验成为突触的看守人。

在一系列新颖的实验中细胞的报道麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的研究小组使用多光谱、高分辨率双光子显微镜来观察小鼠视觉皮层中潜在的突触来来去去——无论是在光照下还是在正常情况下视觉体验，以及在没有视觉输入的黑暗中。通过比较正常小鼠和被设计为缺乏CPG15的小鼠的观察结果，他们能够证明这种蛋白质是视觉体验促进新生兴奋性突触向永久性过渡所必需的。

皮考尔研究所神经科学教授、资深作者、威廉·r·(1964)和琳达·r·杨(Linda R. Young)说，被设计为缺乏CPG15的小鼠只表现出一种行为缺陷:它们比正常小鼠学习得慢得多。它们需要更多的试验和重复来学习其他小鼠可以很快学会的关联。新的研究表明，这是因为没有CPG15，它们必须依赖于突触恰好占据的电路，而不是通过经验改进的电路结构来获得最佳效率。

Nedivi说:“总的来说，学习和记忆是我们大脑不断适应和改变环境的能力的具体表现。”“这并不是说缺乏CPG15的小鼠没有这种电路，它们只是没有这种功能，这非常重要，可以通过使用来优化。”

在光明和黑暗中观察

Nedivi说，论文中报道的第一个实验是由前麻省理工学院博士后Jaichandar Subramanian领导的，他现在是堪萨斯大学的助理教授，这是对神经科学本身的贡献。她说，这项研究中采用的新型标记和成像技术，可以以前所未有的空间和时间分辨率跟踪突触形成的关键事件。这项研究解决了“树突棘，它们是形成兴奋性突触的结构突起，以及突触支架PSD95的募集，这是突触存在的信号。

在正常视觉体验后和在黑暗中两周后，研究小组追踪了小鼠视觉皮层中特殊标记的神经元。令他们惊讶的是，他们发现无论老鼠是在光明中还是在黑暗中，刺都会以相同的速度习惯性地出现，然后又典型地消失。Nedivi说，对脊柱的仔细检查证实，经验对脊柱的形成无关紧要。这推翻了该领域的一个普遍假设，即经验对于刺的出现是必要的。

通过追踪PSD95的存在，他们可以确认在正常视觉体验中变得稳定的突触就是积累了这种蛋白质的突触。但问题仍然存在:经验是如何将PSD95驱动到突触的?该团队假设CPG15是一种依赖于活动并与突触稳定相关的蛋白质，它完成了这项工作。

CPG15代表经验

为了调查这一点，他们重复了同样的光明和黑暗的体验，但这次是在缺乏CPG15的小鼠身上。在正常小鼠中，在光照阶段比在黑暗阶段有更多的PSD95募集，但在没有CPG15的小鼠中，在光照下看东西的体验从来没有影响。在光照下，cpg15缺失的小鼠似乎和正常小鼠一样老鼠在黑暗中。

后来他们又尝试了另一个实验，测试PSD95招募低时是否见过正常小鼠CPG15的外源性表达可以拯救处于黑暗中的小鼠。事实上，PSD95招募量激增，就好像动物们有了视觉体验一样。这表明CPG15不仅在光明中携带经验信息，它实际上可以在黑暗中替代经验，本质上是“欺骗”PSD95，使其表现得好像经验在召唤它。

“这是一个非常令人兴奋的结果，因为它表明CPG15不仅是依赖经验的突触选择所必需的，而且也是足够的，”Nedivi说，“与所有其他参与突触可塑性的分子相比，这是独一无二的。”

一种新的模型和方法

总而言之，这篇论文的数据让Nedivi提出了一个依赖经验的突触稳定的新模型:无论神经活动或经验如何，脊髓都会出现初生的兴奋性突触和进一步发育所需的受体。如果活动和经验将CPG15发送给它们，就会吸引PSD95，突触就会稳定下来。如果经验不涉及突触，它就没有CPG15，很可能没有PSD95，脊柱就会枯萎。

Nedivi说，这篇论文的意义可能超出了经验依赖的突触稳定的发现。它所描述的方法是在操作过程中密切监测脊柱和突触的生长或萎缩(比如敲除或修改一个基因)，可以进行大量研究，研究基因、药物或其他因素如何影响突触。

她说:“你可以将其应用于任何疾病模型，并使用这个非常敏感的工具来查看突触上可能出现的问题。”