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运动技能学习:少突胶质细胞在行动
2016-07-30 22:29 | 来源: | 作者:
运动技能学习:少突胶质细胞在行动

光明网讯 当你看到杂技演员或极限运动者们令人惊叹的精彩表演时,你可能不禁要问:神奇的大脑究竟是怎样赋予我们如此高超学习能力的呢?不仅专业人士如此,其实我们每个人从出生起就不断处在对各种运动技能的学习中,例如小时候的手抓东西,蹒跚走路,稍后的骑车,滚铁环,弹钢琴等等。对这些技能,我们经常看到有人可以学得很快,而有人却学得慢,这里面又蕴含着什么样的道理呢?科学家们正试图给出答案。事实上,运动技能学习的神经机制,是长期以来吸引着众多神经科学家们的一个谜团。

毫无疑问,根据以往的研究结果,神经元和神经环路的活动(可塑性)在运动学习的过程中起到了关键性的作用。然而,这并不是故事的全部。发表于最新一期《自然-神经科学》杂志、来自英国伦敦大学学院(UCL)Richardson教授小组的研究表明,运动学习过程中还有另一个不为人知的重要神秘参与者:少突胶质细胞。

据文章第一作者、上海第二军医大学副教授肖林博士介绍,在哺乳动物大脑中,神经元的数量仅占全部神经细胞的一小部分,而其余大部分都是胶质细胞。以人类为例,神经元只占约10%。少突胶质细胞是胶质细胞中比较特殊的一类,它负责形成中枢神经系统的髓鞘,而后者对神经信号的正常传导极为重要。该由其幼稚的前体细胞,即少突胶质前体细胞(占所有神经细胞总数的约5%)分化而产生,而且这种生成过程在成年哺乳动物脑内持续存在,但人们其潜在的生理功能几乎一无所知。为了研究这一问题,他们利用了系列转基因小鼠,以达到时间和空间可控性的特异阻断大脑中少突胶质细胞的生成过程,并以“跑轮”的运动技能学习作为检测指标。研究发现,一旦少突胶质细胞的新生过程被阻断,小鼠的该种学习能力即受到明显影响,而且这种相对正常小鼠“能力减弱”的差别在学习训练开始的2-3小时内就体现了出来。

更令人兴奋的是,肖林等还找到一种标记新生成的少突胶质细胞(区别于已有的“旧”的少突胶质细胞)的标记基因。而且利用这一标记物,他们的原位杂交实验揭示:在运动学习开始的2.5小时内小鼠大脑的胼胝体部这种新生少突胶质细胞的数量即有明显的增加,而运动皮层则在4小时的时候亦可检测到该细胞的增加,这就表明少突胶质细胞的新生成直接参与了运动技能的学习。

文章高级作者之一、UCL的李会良博士认为,这一研究提示少突胶质细胞的新生与人们以往所知的神经元突触结构的可塑性均是运动学习过程中重要的早期神经事件,他们可能一起构成了运动学习的生物学基础,这将大大拓展人们对运动学习内在机制的认识。

据介绍,利用弥散张量核磁共振的方法,人们对玩动作游戏的受试者进行全脑扫描,发现2小时内其大脑灰质和白质部分就可以检测到“微结构”的变化,这种变化原则上可以是神经突触的新生及神经元树突的精致化、星形胶质细胞形态学的改变、微血管的改变、以及髓鞘结构变化中的任何一种或几种,而本项研究支持的正是最后一种。“当我们的大脑开启运动学的模式时,事实上,我们的神经元并不是一个人在战斗,它还有个得力的好兄弟,那就是少突胶质细胞!”,肖林博士不无风趣地说到。(王硕丰)