星形胶质细胞对学习熟练动作至关重要
从驾驶汽车到挥动网球拍，我们在生活中学习执行各种熟练的动作。您可能认为这种学习仅由神经元实现，但麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的研究人员进行的一项新研究显示了另一种脑细胞类型的重要作用：星形胶质细胞。
研究表明，正如精英运动员团队与教练组一起训练一样，大脑运动皮层中的神经元群依赖附近的星形胶质细胞来帮助它们学习编码何时以及如何移动，以及运动的最佳时机和轨迹。这篇发表在《神经科学杂志》上的新论文描述了一系列小鼠实验， 揭示了星形胶质细胞直接影响运动学习的两种具体方式，维持最佳的分子平衡，神经元群可以在这种平衡中适当地改善运动表现。
“这一发现是我们实验室和其他实验室的一系列工作的一部分，这些工作提高了星形胶质细胞对神经元编码和行为的重要性，”资深作者 Mriganka Sur 说，他是 Picower 研究所和麻省理工学院大脑系的牛顿神经科学教授和认知科学。“这表明虽然行为的群体编码是一种神经元功能，但我们需要将星形胶质细胞作为它们的伙伴。”
Picower Institute 博士后 Jennifer Shih 和前 Sur Lab 博士后 Chloe Delepine 和 Keji Li 是该论文的共同主要作者。
“这项研究通过提供运动皮层中这些机制的具体证据，强调了星形胶质细胞的复杂性以及星形胶质细胞 - 神经元相互作用在微调大脑功能中的重要性，”Delepine 说。
搞乱运动掌握
该团队给他们的老鼠一个简单的运动任务来掌握。当发出提示音时，老鼠必须在五秒钟内伸手去拿并按下一个杠杆。啮齿动物表明他们可以在几天内学会这项任务，并在几周内掌握它。他们不仅完成任务更准确，而且反应更快，伸手和推手的轨迹也更流畅、更均匀。
然而，在一些小鼠中，该团队采用精确的分子干预来破坏运动皮层中星形胶质细胞的两种特定功能。在一些小鼠中，它们破坏了星形胶质细胞吸收神经递质谷氨酸的能力，谷氨酸是一种化学物质，当它在称为突触的连接处被接收时会激发神经活动。在其他小鼠中，他们过度激活了星形胶质细胞的钙信号，这影响了它们的功能。在这两种方式中，干预措施都扰乱了神经元形成或改变彼此连接的正常过程，这一过程称为“可塑性”，可促进学习。
每种干预措施都会影响小鼠的表现。第一个(谷氨酸转运蛋白 GLT1 的敲低)不影响小鼠是否推动杠杆或它们推动杠杆的速度。相反，它破坏了运动的流畅性。GLT1 被破坏的小鼠仍然不稳定和颤抖，好像无法改进他们的技术。接受第二次干预(激活 Gq 信号)的小鼠不仅在运动轨迹的平滑度方面存在缺陷，而且在它们对何时推动杠杆的理解以及它们这样做的速度方面也存在缺陷。
该团队深入研究了这些赤字是如何出现的。他们使用双光子显微镜追踪了未改变的小鼠和接受过每次干预的小鼠运动皮层的神经活动。与他们在正常小鼠身上看到的相比，GLT1 被破坏的小鼠在神经元之间表现出较少的相关活动。与正常小鼠相比，具有 Gq 激活的小鼠表现出过度的相关活动。
“数据表明，驱动任务表现的功能性神经元集合的出现需要神经元相关性的最佳水平，”作者写道。“携带信息的有意义的相关性是驱动运动学习的因素，而不是潜在的非特定相关性的绝对量级。”
该团队挖得更深。他们小心地从小鼠的运动皮层中分离出星形胶质细胞，包括一些未受过运动任务训练的小鼠和接受过训练的小鼠，包括未改变的小鼠和接受过每次干预的小鼠。在所有这些纯化的星形胶质细胞样本中，他们随后对 RNA 进行测序，以评估它们在基因表达方面的差异。他们发现，在经过训练和未经训练的小鼠中，星形胶质细胞表现出更多与 GLT1 相关的基因表达。在他们干预的老鼠身上，他们看到了较低的表达。该证据进一步表明，谷氨酸转运蛋白过程确实是运动任务训练的基础。
“在这里，我们表明星形胶质细胞在使神经元正确编码信息方面具有重要作用，例如学习和执行运动，”Sur 说。
Pierre Gaudeaux 是该论文的合著者。该研究由国立卫生研究院、西蒙斯基金会和 JPB 基金会资助。
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