上海有機(jī)所發(fā)現(xiàn)視覺皮層回路中興奮-抑制平衡的節(jié)律性振蕩
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心何凱雯研究員團(tuán)隊聯(lián)合約翰霍普金斯大學(xué)Alfredo Kirkwood團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的興奮與抑制之間的平衡關(guān)系（E/I平衡）在晝夜周期中呈現(xiàn)出節(jié)律性振蕩。通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該振蕩具有神經(jīng)環(huán)路特異性，并受到睡眠/覺醒經(jīng)歷的緊密調(diào)控，腦中內(nèi)源大麻素是介導(dǎo)該調(diào)控的關(guān)鍵分子。 題為“Daily Oscillations of the Excitation-Inhibition Balance in Visual Cortical Circuits”的研究論文于12月9日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《神經(jīng)元》（Neuron）（https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.11.011）上。約翰霍普金斯大學(xué)Michelle Bridi與中科院上海有機(jī)所生物與化學(xué)交叉研究中心宗方姣為共同第一作者，何凱雯與Alfredo Kirkwood為共同通訊作者。
神經(jīng)元對信息的處理和傳播依賴于谷氨酸能這類興奮性突觸傳遞神經(jīng)信號，同時也依賴于γ-氨基丁酸（GABA）能這類抑制性突觸對信號傳導(dǎo)進(jìn)行時間和空間上的限制。如同油門與剎車的配合決定了車輛能否安全正確地行駛，神經(jīng)元的興奮與抑制之間的平衡關(guān)系（E/I平衡）是決定神經(jīng)元及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)揮的關(guān)鍵因素，可以影響動物的社會行為和感官知覺表現(xiàn)。同時，大量研究發(fā)現(xiàn)E/I平衡與各類神經(jīng)系統(tǒng)疾病也密切相關(guān)。因此，了解E/I平衡的調(diào)控機(jī)制對認(rèn)識腦功能調(diào)控及相關(guān)腦疾病至關(guān)重要。
關(guān)于神經(jīng)元E/I平衡的調(diào)控，目前的主流觀點認(rèn)為通過快速的可塑性調(diào)節(jié)機(jī)制，神經(jīng)元可以保持E/I平衡的穩(wěn)定，從而保證神經(jīng)元功能的正常發(fā)揮。然而，就像汽車在不同的駕駛場景中，如高速公路vs市內(nèi)主干道，油門與剎車的使用比例顯然不同，大腦在一天中會經(jīng)歷不同的生理狀態(tài)，其信息處理需求也并不一致。在上述工作中，研究人員揭示了E/I平衡的全新調(diào)控方式與可能機(jī)制，發(fā)現(xiàn)晝夜間神經(jīng)元的E/I平衡存在一個作用緩慢的周期性調(diào)控機(jī)制，該機(jī)制可以大幅度地改變E/I平衡在不同時期的定值。這與目前已知的依賴于可塑性來快速穩(wěn)定E/I平衡并不矛盾，前者需要在晝夜轉(zhuǎn)換后數(shù)小時才能實現(xiàn)，而后者則在若干分鐘甚至更短的時間內(nèi)發(fā)生。研究人員認(rèn)為，E/I平衡在達(dá)到新的定值后將在同周期的余下時間內(nèi)保持穩(wěn)定，此時很可能就是采用可塑性的調(diào)控機(jī)制。
上述工作獲得了中科院和國家自然科學(xué)基金委的支持。
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