沉默的突触可能在成年期提供可塑性

吨我们一生中收集的信息——例如上班最快的方式，或者朋友新伴侣的名字——都存储在突触中。在成人大脑中，新的突触被认为是根据需要或通过修改现有连接从头开始形成的。现在，11月30日发表在《自然》杂志上的一项研究发现了大量现成的“沉默突触”，它们在神经元刺激下成熟。

沉默突触在其他方面是完整的神经元连接，缺乏关键的信号蛋白——AMPA受体——这使得它们不活跃。它们被认为是早期发育所特有的，因为之前的研究发现，当老鼠成年时，这种无声的联系就会消失。但研究人员可能找错了地方。在年幼的动物中，无声突触是由称为树突棘的较大突起形成的。但根据这项新研究，在成年人中，它们可以在称为丝状伪足的线状结构的末端找到。

研究丝状伪足的想法纯属偶然。研究合著者马克说，在之前的一项研究中，该团队使用蛋白质组表位放大分析(eMAP)拍摄树突棘的超高分辨率图像，以研究其上神经递质受体的变化是否导致神经元反应的差异哈尼特，麻省理工学院的神经科学家。在这项研究中，他们惊讶地发现树枝上长满了丝状伪足。“到处都是丝状伪足，”Harnett说。

研究人员发现突触的主要方法之一是对小鼠进行工程改造，使其具有其必需蛋白质的荧光版本，然后使用显微镜寻找它们。但是丝状伪足的直径只有几百纳米，因此它们上面的微小突触蛋白堆积得太紧，无法使用标准显微镜技术进行成像——其他蛋白质挤在它们上面会阻挡视觉信号。eMAP的工作原理是用蛋白质单体填充细胞，就像那些用来吸收尿布中液体的单体，解释说。单体形成交联，将蛋白质嵌入网状物中，加入溶液后网状物会膨胀。膨胀将组织内的蛋白质物理分离，使它们在显微镜下可见。

在这项新研究中，研究人员在表达荧光标记的突触蛋白的小鼠中，在视觉皮层的大脑切片上使用了该技术，然后在其他大脑区域上使用了该技术。他们发现丝状伪足的尖端确实覆盖着AMPA缺陷突触。没有AMPA，突触就无法被激活，因为受体会清除阻碍突触传递不可或缺的其他受体的镁离子。

他们还意识到丝状伪足比他们预期的要普遍得多。它们遍布整个大脑，其水平比之前描述的高十倍，占给定树突分支突起的30%。这表明成年小鼠大脑中类似比例的突触是沉默的，等待被激活。

为了证实突触实际上是沉默的，研究人员在丝状伪足的尖端释放神经递质谷氨酸来模拟邻近神经元的活动。与树突棘上的突触以突发的电活动作出反应不同，丝状伪足上的突触没有反应。当研究小组从同一个丝状足中冲走镁离子时——解除通常由AMPA激活的受体——沉默的突触释放出一阵电流。

未参与这项研究的匹兹堡大学神经科学家YanDong表示，“能够直接证明”成年老鼠的沉默突触非常丰富，“这是一个重大进步”。Dong的团队之前曾为可卡因成瘾的成年小鼠提供无声突触的潜在证据：用电极击打突触没有产生反应，但当药物被撤回时，AMPA受体聚集在突触上并对电刺激做出反应。但他说，在如此密集的区域，研究人员可能不小心激活了其他细胞，因此证据是间接的。“在神经科学研究中，只有当你看到它时，你才会相信它，”他补充道。

然后，研究人员更进一步，通过将电流注入AMPA缺陷神经元，同时将谷氨酸注入其丝状伪足，使突触恢复沉默。这模拟了由沉默突触连接的两个神经元的同时放电。经过几轮刺激后，AMPA受体在突触膜上积累，丝状伪足开始类似于树突棘。然而，对树突棘进行同样的实验却没有效果。

未参与这项研究的哈佛大学神经科学家GregorSchuhknecht说，结果表明成人大脑的可塑性远比之前认为的要好。他补充说，这表明“电路重构具有巨大的能力”。

参见“修补肠道微生物可增强小鼠大脑的可塑性”

研究人员说，这项研究可以解释大脑如何能够在不牺牲现有联系的情况下学习新事物。大脑使用不同突触的能力“解决了可塑性和灵活性的困境，”Harnett说。如果大脑的所有突触都是灵活的，那么你就无法保存旧信息。但如果他们都很稳定，那么就很难学习新事物，他说。取而代之的是，大脑同时使用了两者：用于稳定的多刺突触和用于灵活性的丝状伪足。

但是，Harnett的小组开始考虑将树突投射视为存在于连续体上，从一端的丝状伪足到另一端的成熟刺，而不是不同的类别。“这是一个成熟度、强度和可塑性的范围，”研究作者、Harnett实验室的博士候选人DimitraVardalaki说。

研究人员现在正在人类大脑组织中寻找沉默的突触。他们有兴趣了解它们是否像老鼠一样丰富，以及它们的数量是否会随着年龄的增长而变化。“如果我们能够找出一些调节丝状伪足数量或它们如何转变为突触的分子机制，我们就有可能考虑采用治疗方法来增强老年人的认知灵活性，”Harnett说。