约翰霍普金斯医学院的研究人员揭示了脑细胞表面的一种特定分子如何影响某些神经元的行为。
根据10月2日发表在《自然》上的一项研究，钙通透（CP）-AMPA受体在减少神经元集中注意特定外部信号（例如注意到朋友的耳环）的能力方面发挥了重要作用。这项研究在基因改造的小鼠中进行，表明理解为什么某些神经元在响应特定线索时选择性较低，有助于研究精神分裂症、癫痫和自闭症等状况，这些状况以对外部刺激的处理不当和哺乳动物大脑中的神经元放电不规律为特征。
约翰霍普金斯大学医学院的神经科学讲师、主要作者Ingie Hong，博士解释说：“我们发现钙通透型AMPA受体具有额外的功能，降低了某些神经元的选择性。之前，这些受体在哺乳动物大脑日常功能中的具体作用仍不清楚。”
这一研究由Richard Huganir博士领导，他是神经科学和心理与脑科学的彭博特聘教授，已致力于AMPA受体的研究超过40年。
AMPA受体对于脑内迅速信息传递和记忆形成至关重要，例如识别和记住一个人的名字。在这项研究中，CP-AMPA受体充当“闸门”，减少了以抑制功能著称的帕尔瓦布敏（PV）神经元的选择性，从而导致附近神经元的非选择性抑制。
Hong表示：“选择性神经元对非常特定的刺激作出反应，比如你祖父的胡子，而选择性较低的神经元可能对各种面孔或个体作出反应。我们一直在探索定义这种选择性的机制和分子，以及它在自闭症和癫痫等状况下如何失常，在这些情况下，兴奋性神经元可能受到过度刺激。”
研究人员还观察到，CP-AMPA受体内的蛋白质成分GluA2的突变与智力障碍相关。
Huganir补充道：“AMPA受体的GluA2亚单位突变，帮助调节受体的钙通透性，可能导致智力障碍和自闭症。这表明维持AMPA受体钙通透性的严格控制对人类认知功能至关重要。”
具体而言，团队检查了大脑两个重要区域的CP-AMPA受体：负责处理视觉信息的视觉皮层，以及有助于理解位置和过去经历的海马体，Hong指出。
为了进行这项研究，科学家们创造了新的腺病毒载体，在小鼠大脑中用不通透的版本替代钙通透的AMPA受体。他们相信这些载体将来可能有助于治疗与AMPA受体突变相关的疾病。
借助先进的成像技术，科学家们通过观察基因工程小鼠在视频刺激下的结构和活动，绘制了PV神经元的选择性。
Hong解释道：“在大多数情况下，我们发现这些通常缺乏选择性的PV神经元在我们用不通透的分子替代CP-AMPA受体后，对视觉刺激和空间位置变得更加挑剔，导致抑制性神经元的表现更像兴奋性神经元。”
研究人员注意到，PV神经元中CP-AMPA受体的高普遍性在各种哺乳动物物种中都是一致的，包括人类。
Hong表示：“减少神经元抑制的特异性提高了我们的神经电路的效率，相较于缺乏这种分子特征的物种。这也可能有助于我们神经网络的稳定性。”
Hong提到，这项新研究可能在与人工智能相关的机器学习领域产生影响。
他详细阐述道：“在机器学习中，许多计算‘人工’神经元被微调得非常具体或不那么具体。我们的目标是理解这些特定和不太具体的组件如何协作，以开发更智能的机器和更智能的人工智能。”
展望未来，科学家们计划更仔细地研究其他对认知产生影响的重要分子。Hong提到，更深入理解影响偏见神经计算的脑分子有可能显著推进寻找具有遗传联系的精神疾病药物治疗目标的研究，这一 promising 领域他称之为‘神经计算治疗学’。
这项研究得到了多位科学家的贡献：来自约翰霍普金斯大学的Juhyun Kim、Dong Won Kim、Richard C. Johnson、Nathachit Limjunyawong、Zhuonan Yang、David Cheon、Taeyoung Hwang、Amit Agarwal、Xinzhong Dong、Seth Blackshaw、Dwight E. Bergles和Solange P. Brown；来自弗赖堡大学的Thomas Hainmueller、Thibault Cholvin和Marlene Bartos；来自柏林工业大学的Joram Keijser和Henning Sprekeler；来自国家心理健康研究所的Soo Hyun Park和David A. Leopold；来自普林斯顿大学的Fenna M. Krienen；以及来自哈佛医学院的Steven A. McCarroll。
这项研究由国立卫生研究院（R37NS036715和U01DA056556）资助。
