生长神经元通过建立连接来获得边缘

一点竞争从来没有糟糕的事情，特别是当涉及到大脑中生长的剩余神经元时，发现了一个新的斯坦福大学学习。

在第一个研究中，由斯坦福生物学家Luo使用的研究人员使用遗传实验和计算机模型在幼小小鼠脑发育的两个重要步骤中阐明：叫做树枝状体的神经元尸体的分支延伸的生长，以及树突与其他神经元的连接。与生物天线一样，枝形曲线通过称为突触的连接接收来自其他神经元的传入信号。罗的团队发现，生长神经元的树枝状体彼此竞争以形成与他们的合作伙伴的联系，并且成功的连接的存在增加了巨大的几率德德里特增长。

该研究结果发表在今年2月的《科学》杂志上神经元的研究表明，当神经元生长和形成回路时，竞争性的相互作用很重要。斯坦福大学人文与科学学院的安和比尔·斯温德尔教授罗说，他们还解决了神经科学的基本问题。

“大脑如何得到有线？神经电路如何形成？这些都是大，未答复的问题，”罗说。

大脑的连接

罗解释说，这是因为神经元的生长是一个先有鸡还是先有蛋的问题。树突在突触形成之前就必须存在吗?或者是突触连接的形成对树突生长至关重要?

根据一个想法，称为突触型假设，突触稳定树枝状体并使它们更容易进一步增长，而没有突触的树突更可能被拒绝。罗说，就知道，这个理论从未在开发的哺乳动物大脑中进行过测试。所以，他决定他的实验室是第一个这样做的。

罗的实验室专门研究在开发期间如何形成神经电路，以及它们如何组织以执行特定功能。超过二十年，他的实验室已经调查了这些问题，通常使用Purkinje细胞，小脑中的主要神经元影响电动机和认知功能。

“浦本杰细胞是我的初恋，因为他们是我学习的第一个哺乳动物神经元，而我仍然是一个邮政编码，”罗说。“它们看起来像美丽的树木，有许多遗传工具研究它们。”

这些遗传工具中的几个是在罗的实验室开发的，如具有双标记（MADM）技术的马赛克分析，其删除了来自孤立的感兴趣的基因单个细胞并用唯一的标记标记那些细胞。

想象一下，一个普林吉细胞是一棵树，罗解释了。“标签单个细胞让你在一个茂密的森林里照亮一棵整个树神经元然而，如果所有浦肯野细胞都被标记，就很难想象一棵单独的树是什么样子。”

生长中的浦肯野细胞通过突触形成回路，突触形成层状结构，一边是小脑素-1 (Cbln1)分子，另一边是谷氨酸受体- 2 (GluD2)蛋白。

在新的研究中，罗的团队使用了几种不同的方法来改变Cbln1和GluD2基因．他们还使用计算机模型模拟树突生长和突触形成，以进一步探索他们的研究问题。

在一项实验中，研究人员使用MADM和其他技术对发育中的小鼠胚胎中的浦肯野细胞进行操作，删除GluD2基因，并对改变的细胞进行标记。

研究人员发现，在所有浦肯野细胞中敲除GluD2基因对树突生长没有显著影响，但当只有分离的浦肯野细胞失去GluD2基因时，结果是惊人的。

具有GluD2基因功能的浦肯野细胞以通常的四四方形生长，在树的底部(早期生长)和顶部(后期生长)甚至有树突分支。相比之下，缺乏GluD2基因的浦肯野细胞在早期很少有树突生长，导致浦肯野细胞呈倒金字塔状。

“这项研究的关键是能够比较邻近的Purkinje细胞具有并缺乏Glud2基因的能力，”Luo说。“这揭示了突触的树突之间的竞争以及树突状如何与正常或减少的突触一起生长以稳定它们。”

科学家们对浦尼金的颠倒金字塔形状感到惊讶细胞缺乏Glud2基因。“突触营养假设预期了缺乏早期的树突生长，但预期在晚期开发中的树枝状过度的过度生长不会预期，”罗说。他补充说，一种可能的解释是突触形成可能会辅助，但抑制晚期的枝晶生长。

这项研究的发现让罗的实验室和神经学界在了解大脑在发育过程中是如何连接的问题上又迈进了一步。“这是基础科学，但它对神经发育和精神疾病也有影响，”罗说。

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