被忽视的脑细胞对大脑功能的影响揭示

这项研究今天发表在《科学》杂志上，提供了实时证据，证实了一种星形胶质细胞（称为星形胶质细胞）在果蝇活体大脑中的作用。这种细胞类型丰富——大约占人脑中所有细胞的35%——似乎是协调管理大脑功能的复杂网络的重要组成部分。

来自OHSU Vollum研究所的高级作者马克·弗里曼博士表示：“我们希望这能从根本上改变该领域对星形胶质细胞及其在神经生理和行为中调节作用的看法。长远来看，这应该会改变人们对开发注意力、焦虑和情绪调节疗法的看法。”

这一发现也在啮齿动物的星形胶质细胞中得到了重复，表明这是一个进化的古老特征，很可能在包括人类在内的其他哺乳动物中得以保留。

重磅作者凯文·古滕普兰博士说：“我认为这在进化上与生存是相关的。如果一只老虎在你身后，你需要迅速改变整个大脑区域的思维方式——是时候将其他一切抛诸脑后，完全专注于逃跑。此时并不是思考其他事情的时候。”

基于发现的基础

曾几何时，星形胶质细胞被认为仅仅起到支持作用，为神经元提供食物并清除废物，神经元是通过传递信号使我们能够思考、行动和感受的细胞，构成大脑的“硬线”。

在2016年，弗里曼及其合作者首次记录了星形胶质细胞还可以在神经元之间传递信号。

在这一发现的基础上，研究人员展示了一些具体机制，揭示了这些细胞是如何传递信号的。事实证明，这是一个高度复杂的相互作用过程，在这一过程中，星形胶质细胞可以打开和关闭其对大脑中化学神经递质（如多巴胺和谷氨酸）的响应能力。

古滕普兰说：“星形胶质细胞非常大，单个细胞可以有10万个突触，能够向其他细胞发送信号。这一机制使它们能够选择要听哪些神经元。能够关闭一些电路使星形胶质细胞能够理解大脑中随时发生的喧嚣活动。”

研究人员发现，通过操控星形胶质细胞内的这一门控途径，他们能够破坏果蝇的行为——突显出这一细微变化可能产生巨大影响。

‘星形胶质细胞可能是关键’

神经科学家之前一直认为星形胶质细胞在大脑生理学中扮演着更加被动的角色。

美国国立神经疾病与中风研究所（隶属于国立卫生院）项目主任米里亚姆·莱恩德斯博士表示：“这项研究显示了星形胶质细胞在神经元活动和行为中的重要性。此外，它还表明，像果蝇这样的模型系统中的基本神经科学研究可以为大脑生理学提供关键的新见解。”

新研究揭示，星形胶质细胞可以直接对来自各种神经元的信号作出反应。通过这种方式，它们在驱动认知和控制身体行为的神经元信号网络中发挥了作用。此外，他们发现这些反应随着大脑状态的变化而动态变化，使星形胶质细胞能够协调复杂的神经元网络，使大脑能适应当前任务。

古滕普兰表示：“这些细胞确实积极控制神经元的活动，实际上非常强大。”

然而，科学家们警告说，这一发现使我们对大脑功能的科学理解变得更加复杂。想象一下，单个星形胶质细胞充满了成千上万的突触，其门控机制可能会被周围交错的无数线索交替激活或沉默。然后在整个大脑中的数百万个星形胶质细胞基础上再进行扩展。

古滕普兰说：“这非常复杂。”

与此同时，研究人员越来越多地发现证据表明，胶质细胞在大脑损伤和神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）中发挥作用。改善对这些细胞功能的科学理解可能有助于预防疾病或开发治疗方法。

古滕普兰说：“在这些情况下，比如专注和注意力会受到干扰。星形胶质细胞可能是关键。”

除了弗里曼和古滕普兰，合作者还包括OHSU的伊萨·麦克斯韦尔（B.A.）、埃琳·桑托斯（B.A.）、卢克·A·博赫哈尔特（B.S.）、埃内斯托·曼佐（Ph.D.）和莱雷·阿巴尔德-阿特里斯坦（Ph.D.）；以及纽约大学格罗斯曼医学院的瑞秋·D·金（Ph.D.）。