了解下丘脑和海马体之间突触的长期变化
人脑的复杂性是无与伦比的。幸运的是，由于过去几十年神经科学的不断进步，我们已经开始对人脑有所了解。例如，我们现在知道神经元突触可以对其活动和附近神经元的活动做出长期持续的变化，并且相信这种“突触可塑性”是学习和记忆背后的关键机制之一。
尽管存在多种类型的神经元可塑性，但长时程增强 (LTP) 是研究最多的一种，尤其是在海马体(与学习和记忆相关的大脑区域)中。到目前为止，我们知道海马体接收来自不同皮层下区域的不同类型的兴奋性输入。然而，尚不清楚与谷氨酸或 GABA 神经递质一起工作的皮质下海马突触是否会经历任何形式的 LTP，进而，这种皮质下输入是否有助于海马活动的长期调节。
为了阐明这个问题，日本同志社大学的一组科学家最近进行了一项研究，重点关注从下丘脑乳头上核 (SuM) 到海马齿状回颗粒细胞 (GCs) 的突触的可塑性 ( DG) 区域。正如他们在 2022 年 12 月 27 日发表在《细胞报告》杂志第 13 期第 41 卷上的论文中所解释的那样，该团队试图阐明发生在 SuM-GC 突触中的 LTP 的性质、这种 LTP 是如何被触发的，以及哪些化学物质和蛋白质参与其中。这项研究由 Yuki Hashimotodani 副教授领导，包括研究生 Himawari Hirai 和同志社大学脑科学研究生院 Takeshi Sakaba 教授的贡献。
该团队对基因工程小鼠的大脑进行了各种实验，这些小鼠的神经元被修改为在暴露于特定频率(颜色)的光时会放电。他们使用的主要协议之一是基于通过在关键时间窗口内刺激突触前和突触后神经元来诱导尖峰时间依赖性可塑性。这使他们能够验证 SuM–GC 路径中发生的 LTP 类型。
结果表明，兴奋性 SuM-GC 突触经历了关联的 LTP，更具体地说是 Hebb 类型的 LTP。简而言之，在这种形式的可塑性中，一起激发的神经元加强了它们的突触连接，使它们更有可能在未来再次一起激发。此外，该团队发现，即使 SuM-GC 突触同时释放 GABA 和谷氨酸，但只有谷氨酸能传递导致 LTP。此外，他们还确定了参与该过程的突触受体。
总的来说，他们的研究可以帮助神经科学家更好地理解 SuM 和 DG 之间的联系。“我们的研究结果表明，SuM 和 DG 的关联活动可以触发皮质下海马兴奋性突触的 LTP，这可以调节 GC 活动，并可能有助于 SuM-DG 通路相关的学习和记忆， ”Hashimotodani 博士总结道.
特别是，SuM-DG 通路很有趣，因为它与许多大脑功能相关，包括空间记忆、睡眠/觉醒周期、觉醒和运动等。然而，对于哪些类型的 SuM 活动模式导致 GC 突触中的 LTP，科学家们仍然一无所知。“很容易推测，当与 DG 活动相关时，来自 SuM 的各种信号可能参与 LTP 诱导。在未来的研究中必须解决启动 SuM 和 DG 相关活动以诱导 LTP 的行为条件， ”Hashimotodani 总结道，着眼于未来。
运气好的话，在这方面的进一步研究可以引导我们更基本、更好地理解我们的大脑是如何运作的。
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