新的研究为认知加工的创新理论铺平了道路

来自克雷姆比尔大脑研究所(位于多伦多的大学健康网络的一部分)和位于北卡罗来纳州达勒姆的杜克大学的一组科学家开发了第一个预测皮质神经胶质细胞在认知中的作用的计算机模型。

这篇论文发表在今天的美国国家科学院院刊（PNAS）.

“神经元的作用有很好的记录，但神经元穿插在神经胶质细胞和许多突触中大脑克里姆比尔大脑研究所的科学家、该研究的第一作者毛里齐奥·德Pittà博士说。“我们目前还不了解神经元和神经胶质是如何协同工作的，也不知道神经胶质功能障碍是如何导致认知缺陷的。”

神经胶质细胞在大脑中大量存在，并发挥着多种重要作用。长期以来，这些细胞一直被认为是被动的旁观者——在物理上支持神经元和突触，为神经元提供营养，清除毒素和废物。然而，科学家最近发现神经胶质与神经元的相互作用方式与神经元通过化学信号相互交流的方式类似。

这篇论文提出了神经胶质在大脑认知过程中扮演的角色的第一个理论。“我们研究的神经胶质细胞类型——称为星形细胞——可以改变我们大脑回路的活动，并影响我们的行为方式，”De博士Pittà说。

该研究观察了星形胶质细胞在工作记忆中的作用，这是一种为正在进行的任务存储信息的能力，如跟随电影的故事情节或数到十。

“我们知道星形胶质细胞释放特殊的化学信号，我们已经证明这种信号可以调节工作记忆的不同读数，”De博士Pittà说。“显示化学相互作用神经元和星形胶质细胞之间的关系可能是工作记忆的核心，它还告诉我们，当我们有工作记忆缺陷时，可能会出现什么问题，这通常是主要大脑障碍的警告信号。”

他补充说:“如果我们想真正理解工作记忆功能障碍，我们需要考虑两者之间的相互作用神经胶质细胞和神经元。”

文中还指出:

• 就像无线电系统一样，传统上人们认为突触在单一频段上传输信息。考虑到星形胶质细胞，我们现在知道可以有多个频带。
• 人们普遍认为，不同形式的工作记忆依赖于不同的电路;然而，这项研究表明，同样的神经胶质回路可以编码各种形式的工作记忆。
• 星形胶质细胞相对于神经元的排列方式可以控制我们的工作记忆容量，也就是我们能同时记住多少件事。

目前，还没有有效的技术来记录人脑中的神经胶质活动。研究人员希望最终创造出一个高保真的模型——“数字双胞胎”——大脑的神经元-神经胶质回路，从基因到细胞。这样的模型可以帮助发现神经元-神经胶质相互作用的标记物，并改善各种脑部疾病的诊断和治疗，如阿尔茨海默氏症、帕金森症和癫痫。

“通过我们的新理论，我们不仅仅是在黑和白的情况下观察大脑，也就是说，给定的神经元群体是活跃的还是不活跃的。相反，我们正在用彩色技术观察大脑，通过包括神经胶质细胞及其信号，对细胞通信有更深的理解，”De博士Pittà说。“这让我们对大脑的复杂性有了更全面、更现实的认识。”

随着技术的进步，De Pittà和他在克里姆比尔的团队将使用他们的模型开发技术，以修改神经胶质回路的活性来治疗疾病。“我们的最终目标是研究神经元-神经胶质的相互作用，以发现大脑疾病的新的治疗靶点。”

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