生物谷报道:都说熟能生巧,至少我们的父辈一再的告诉我们,通过不断的练习积累个人经验就能在某一方面出众。但是让神经生物学家困惑的是,数据表明单个突触,或神经元之间的联系虽然增多了,而重复刺激却会在减弱神经突触的作用。
近期来自卡耐基-梅隆大学(Carnegie Mellon University)神经认知中心(The Center for the Neural Basis of Cognition ,CNBC),德国马克斯-普朗克医学研究所(Max Planck Institute for Medical Research)的研究人员发现了一种新机制,解释了这一似是而非的问题。这一研究成果公布在昨天出版(2008年1月4日)的Science杂志上。
领导这一研究的是卡耐基-梅隆大学的Alison Barth博士。
这一机制进一步解释了在应答新体验的时候大脑神经突触如何加强的,之前卡耐基-梅隆大学的研究人员发现在突触可塑性(或改变)与学习记忆之间存在关联,但是有关通过不断的联系进行长时间学习的认知活动的机制,至今了解的很少。
现在研究人员发现N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA,生物谷注)受体在启动突触可塑性方面的重要作用,NMDA受体在中枢神经系统信号传递以及神经系统的可塑性方面具有重要的作用,2005年科学家们在Nature杂志上报道了NMDA受体激动剂结合部位的晶体结构 (crystal structures) ,证明了四聚体(tetrameric)的NMDA受体是有异性双聚体(heterodimer)的NR1–NR2A构成。
Barth和她的同事发现NMDA受体在学习的最初阶段开始之后能进行一种吉柯与海德(Jekyll-and-Hyde,又称为化身博士,指一个人格分裂的博士,白天正直善良,晚上作恶多端,生物谷注)式的转变。除了帮助突触变得更加强大之外,它们实际上也会消弱突触的作用,破坏进一步的学习认知。Barth认为,科学家们研究发现在最初的学习或练习经历之后,这种受体功能的改变,以及对于突触的影响也许意味着学习会停止,而且持续的刺激神经的过程也许会退化——然而实际经验并不是这样。
Barth表示,“我们直觉上认为,我们练习得越多,在这一方面我们就会作得更好,因此在NMDA受体转换帮助突触加强得这一功能之后,应该发生了其它事情。”
因此研究人员将目光转移到了大脑皮层(cortex)——一个大脑的区域,负责额外训练或体验能增加学习的一个较慢形式,Barth等人注意到这个大脑的区域利用了与短时程的,情景记忆(episodic memory,生物谷注)的其它形式存在差异十分大的分子机制,情景记忆即指在海马组织种出现的记忆。
生物谷推荐原始出处:
Science 4 January 2008:
Vol. 319. no. 5859, pp. 101 - 104
DOI: 10.1126/science.1143808
Ongoing in Vivo Experience Triggers Synaptic Metaplasticity in the Neocortex
Roger L. Clem,1 Tansu Celikel,2* Alison L. Barth1
In vivo experience can occlude subsequent induction of long-term potentiation and enhance long-term depression of synaptic responses. Although a reduced capacity for synaptic strengthening may function to prevent excessive excitation, such an effect paradoxically implies that continued experience or training should not improve and may even degrade neural representations. In mice, we examined the effect of ongoing whisker stimulation on synaptic strengthening at layer 4-2/3 synapses in the barrel cortex. Although N-methyl-D-aspartate receptors were required to initiate strengthening, they subsequently suppressed further potentiation at these synapses in vitro and in vivo. Despite this transition, synaptic strengthening continued with additional sensory activity but instead required the activation of metabotropic glutamate receptors, suggesting a mechanism by which continued experience can result in increasing synaptic strength over time.
1 Department of Biological Sciences and Center for the Neural Basis of Cognition, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA 15213, USA.
2 Department of Cell Physiology, Max Planck Institute for Medical Research, Jahnstrasse 29, 69120 Heidelberg, Germany.
* Present address: Laboratory of Neural Circuits and Plasticity, University of Southern California, 3641 Watt Way, HNB 501, Los Angeles, CA 90089-2520, USA.
To whom correspondence should be addressed. E-mail: barth@cmu.edu