解决神经传递精度

在所有运动、感觉和记忆功能的背后，钙离子存在于大脑中，使这些功能成为可能。然而，神经科学家还不完全了解钙离子到达神经元内目标的速度，以及这个时间是如何改变神经信号的。冲绳科学技术研究所研究生院的研究人员已经确定了囊泡上钙通道到钙传感器之间的距离如何影响神经元的信号传递精度和有效性。

在与巴斯德研究所和奥地利科学技术研究所等研究机构的国际合作中，Tomoyuki Takahashi教授和细胞和分子突触功能单元描述了电压门控的位置钙通道它允许钙离子进入神经元，触发囊泡释放神经递质，向下一个神经元发出信号。这项研究将发表在2015年1月7日的神经元该研究揭示了神经递质释放的准确性和有效性背后数十年的谜团，揭示了动物在成熟过程中信号传递的变化。

在电流峰值或电压瞬时变化通过神经元后，它到达突触前末端。突触前末梢是一个面对突触间隙的区域，也就是一个神经元和另一个神经元之间的间隙。电峰值触发电压门控钙通道打开，允许钙离子进入突触前末端。然后钙离子在通道周围局部扩散，并遇到突触囊泡，小包的神经递质，是信号分子。的钙离子与囊泡上的传感器蛋白相互作用，触发囊泡与突触前末端膜融合，并将神经递质释放到突触间隙向下一个神经元移动。

然而，研究人员从未完全掌握钙是如何从门控通道进入囊泡的。一些研究人员认为这些通道分布在突触前末端的活跃区，而另一些人则认为每个囊泡周围有一圈门控通道。因此，高桥的项目从电子显微镜技术开始，研究人员冻结突触前膜，并打破它，暴露钙通道。他们发现这些通道存在于集群中，每个集群中的通道数量是可变的。

接下来，研究人员进行了各种测试和模拟，以确定通道集群如何影响信号。他们发现，钙通道较多的细胞簇更有效地触发附近的囊泡释放神经递质。重要的是，离囊泡较近的通道簇比离囊泡较远的通道簇能更快更有效地触发神经递质释放，从而提高信号精度。高桥说:“囊泡上的钙传感器需要高浓度的钙来触发囊泡释放。”“如果钙离子从很远的地方进入，那么它就会扩散到较低的浓度，或者在到达囊泡上的钙传感器之前与其他蛋白质结合。”

高桥和他的合作者还研究了随着大鼠的发育，距离是如何变化的，以及距离的变化是如何影响神经信号的。随着大鼠从7天到14天的衰老，门控通道和囊泡之间的距离从30纳米缩小到20纳米。高桥说:“这种成熟是相当重要的。”他解释说，在钙进入突触后，囊泡释放得更快。“信号变得快了30%，”他说。

接下来，高桥和他的合作者提出了在神经科学研究中使用的外围释放模型。这个模型建立了钙通道以簇状存在，并且从这些簇状到囊泡的距离是显著的。高桥说:“如果你测量到星系团中心的距离，那么这个距离取决于星系团的大小。”因此，研究人员建议从囊泡到门控通道团簇的距离应从团簇的外围测量，而不是从中心测量。使用这个新模型计算的距离可以解释在开发过程中信号精度如何提高。

高桥说:“如果有什么东西扩大了这一距离，那它实际上干扰了神经的精确度，也干扰了记忆的形成。”

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