研究发现，在发育早期训练神经回路可以提高反应能力
当谈到训练神经回路用于组织工程或生物医学应用时，一项新的研究提出了一个关键参数:在年轻时训练它们。
训练工程神经回路的技术通常需要在细胞完全成熟后进行训练。使用光敏神经元来自老鼠的干细胞伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois, Urbana-Champaign)的研究人员发现，在细胞早期发育过程中训练它们网络的形成导致了连接，反应和基因表达的持久改善神经网络．他们在杂志上发表了他们的研究结果科学报告。
该研究的第一作者、研究生盖尔森·帕甘-迪亚兹说:“这就像一只老狗在学习新把戏，而一只小狗在学习新把戏。”“当我们训练一个网络时，如果我们在它还像小狗一样的时候就刺激它，我们对训练的反应会比它已经成熟时更好。”
改进的神经训练在生物工程和再生医学中有许多应用。例如，伊利诺斯大学的研究小组希望使用训练过的神经电路来控制微型生物杂交机器的运动和行为。通过早期训练产生的改进类型可以给机器和电路更多的功能，并让研究人员对这些功能进行更精确的控制。
“随着我们在用活细胞制造机器领域的进步，能够刺激和编程神经细胞而早期发展的带有光的网络可能是我们工程库中的一个重要工具，”该研究的领导者拉希德·巴希尔说，他是伊利诺斯州格兰杰工程学院的生物工程教授和院长。“此外，这项工作可能会对发育生物学、再生医学和大脑研究产生影响。”
为了训练神经元，研究人员使用定时光脉冲来刺激细胞。研究人员在细胞发育早期就开始了训练方案——干细胞簇，称为胚状体，准备成为运动神经元。当细胞分化成为完全成熟的神经元时，他们继续训练，并在将细胞转移到平板上连接和形成后继续训练神经回路．
然后他们用通常的方法，将早期训练的电路与先培养后训练的电路进行比较。
Pagan-Diaz说，研究人员在两组人之间发现了许多差异。在发育过程中训练的神经元中，他们看到更多的延伸表明细胞之间的连接，细胞之间发送的神经递质包增加，以及更结构化的神经放电，表明网络更稳定。早期训练的效果是持久的，而后期训练的细胞往往有短暂的反应。
“你可以把神经元想象成训练中的运动员，”帕甘-迪亚兹说。“光刺激就像对神经元的常规锻炼——它们更强壮，更有活力，工作也更好。”
为了确定这些变化的潜在基础，研究人员分析了神经元的遗传活动。他们看到了基因表达对于与网络成熟度和神经功能相关的基因，表明早期训练可能永久性地改变了基因通路细胞发达,巴希尔说。
研究人员正在继续探索在胚状体阶段通过早期神经元训练可以增强或规划什么样的活动。帕根-迪亚兹说，胚状体可能是生物机器的有用组成部分，而且对再生医学也有希望。
“以前的研究表明，胚状体具有运动神经元移植到受伤的老鼠体内可以促进组织再生，”Pagan-Diaz说。“如果我们能改善或增强这些功能拟胚体在把它们放入受伤的模型之前，理论上我们可以增强恢复，而不是注射它们，然后再刺激它们。”
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