一项关于出生后不久小鼠大脑发育的新研究可能会提供关于早期生活事件如何影响大脑中的布线模式的见解，这些布线模式在以后的生活中表现为疾病——特别是精神分裂症、癫痫和自闭症等疾病。
研究人员专注于与成人神经系统疾病有关的两种脑细胞：位于大脑深处的调节系统中的神经元和大脑最外层皮层中的其他神经元，它们使用抑制作用来抵消其他细胞的兴奋。调节细胞将远程电缆发送到皮层，以远程影响皮层细胞的活动。
该研究首次表明这两种细胞在大脑发育的早期就可以交流。从调节细胞中释放的化学物质会引发轴突的分支或树枝状化，轴突是神经细胞体在皮质细胞上传递信息的细长延伸——树枝状化决定了皮层中的细胞在执行其任务时的效率。工作。
尽管关于这种细胞相互作用对产后大脑的影响仍有很多需要了解，但研究人员表示，这项研究为更好地了解成人神经系统疾病与早期生活事件之间的关系打开了大门。
“这项研究为大脑发育和大脑病理学提供了新的见解。有可能在发育过程中，根据动物的经验，这种调节系统的活动可以改变，因此，皮层电路的布线也可以改变。”
Taniguchi与共同作者AndréSteinecke和McLeanBolton在马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所担任研究员时完成了这项工作。
该研究于今天（年3月9日）发表在《科学进展》杂志上。
该研究涉及枝形灯细胞（大脑皮质部分的一种抑制性神经元）和胆碱能系统的神经元-胆碱能系统是监测环境和内部状态并向大脑其他部分发送信号以触发的系统之一记忆力和适当的行为。
“到目前为止，这两种类型的细胞都在成人功能调节的背景下进行了单独研究。胆碱能神经元在大脑布线中的发育作用仍然知之甚少，”Taniguchi说。
枝形吊灯细胞因在分支末端喷射信号传递突触（称为突触盒）而得名，类似于传统枝形吊灯的蜡烛，这种模式使它们一次可以抑制控制数百个细胞。
“这些细胞具有输出控制功能，”该研究的第一作者、现在在德国NeuwayPharma工作的Steinecke说。“枝形吊灯细胞可以制止兴奋性细胞并告诉它们它们还没有准备好发射。作为抑制性细胞，枝形吊灯细胞被认为可以调节发射波-这很重要，因为这些波包含远距离传输的信息的大脑。”
先前的验尸研究表明，位于枝形吊灯细胞轴突末端的突触末端在精神分裂症患者的大脑中似乎减少了。
“这个轴突‘乔木’的减少表明它们没有与下游目标建立尽可能多的连接，而且这些连接本身也发生了改变，并且不能很好地工作，”Steinecke说。
该团队使用两种技术在小鼠早期大脑发育过程中观察枝形吊灯细胞：基因靶向并使用染料标记和检测分化为枝形吊灯细胞的细胞，以及在出生后不久将经过基因操纵的细胞移植回动物体内。“这使我们能够实时观察大脑发育并操纵条件来测试机制是什么，”谷口说。
研究人员首先观察了枝形吊灯细胞轴突如何发展其分支结构，并指出轴突出现的小突起是分支发芽的第一个迹象。他们确定了启动发芽过程所需的化学物质——由胆碱能系统细胞释放的神经递质乙酰胆碱。
通过一系列实验证实了远距离细胞类型之间的相互作用：敲除与乙酰胆碱结合的受体并降低胆碱能神经元的活性会减少分支发育，并且使胆碱能神经元更容易放电导致更广泛的分支。
“关键是我们以前不知道神经调节系统如何调节皮层回路——它们都与脑部疾病有关，”谷口说。“既然我们已经发现胆碱能神经元可以远程影响皮层电路的发育，尤其是皮层抑制信号，那么问题是什么样的环境或情绪状态的变化会影响皮层抑制剂的发育？我们可能想看看我们是否能找到一个链接作为下一步。”
这项工作得到了马克斯普朗克学会和大脑行为研究基金会的资助。
来源：