新的研究为认知加工的创新理论铺平了道路

来自克伦比尔大脑研究所(多伦多大学健康网络的一部分)和北卡罗来纳州达勒姆的杜克大学的一组科学家开发了第一个预测皮质神经胶质细胞在认知中的作用的计算机模型。

这篇论文今天发表在美国国家科学院院刊（PNAS）.

“神经元的作用是有据可查的，但神经元中穿插着神经胶质细胞和许多突触大脑莫里齐奥·德Pittà博士说，他是克雷姆比尔大脑研究所的科学家，也是这项研究的第一作者。“我们目前还不知道神经元和神经胶质是如何共同工作的，也不知道神经胶质功能障碍是如何导致认知缺陷的。”

神经胶质细胞遍布整个大脑，并发挥着重要的作用。长期以来，这些细胞一直被认为是被动的旁观者——在物理上支持神经元和突触，为神经元带来营养，并清除毒素和废物。然而，科学家最近发现，神经胶质细胞与神经元的相互作用方式类似于神经元通过化学信号相互交流的方式。

本文提出了神经胶质在大脑认知过程中所起作用的第一个理论。“我们研究的胶质细胞类型，即星形胶质细胞，可以改变我们大脑回路的活动，并影响我们的行为方式，”De Pittà博士说。

这项研究着眼于星形胶质细胞在工作记忆中的作用，这是一种为正在进行的任务存储信息的能力，比如跟随电影的故事情节或数到十。

“我们知道星形胶质细胞释放特殊的化学信号，我们已经证明，这种信号可以调节工作记忆的不同读数，”De博士Pittà说。“显示化学相互作用神经元和星形胶质细胞之间可能是工作记忆的核心，也告诉我们当我们有工作记忆缺陷时，会出什么问题，这通常是重大大脑疾病的警告信号。”

他补充说:“如果我们想真正理解工作记忆功能障碍，我们需要考虑两者之间的相互作用神经胶质细胞和神经元。”

文中还提到:

• 像无线电系统一样，突触传统上被认为是在单一频带上进行传输。考虑到星形胶质细胞，我们现在知道可以有多个频带。
• 人们普遍认为，不同形式的工作记忆依赖于不同的回路;然而，这项研究表明，同样的神经胶质回路可以编码各种形式的工作记忆。
• 星形胶质细胞相对于神经元的排列方式可以控制我们的工作记忆容量，或者我们可以同时记住多少事情。

目前，还没有有效的技术来记录人脑中的神经胶质活动。研究人员希望最终创造出一个高保真的模型——“数字双胞胎”——大脑的神经元-神经胶质回路，从基因到细胞。这样的模型可以帮助发现神经元-神经胶质相互作用的标记物，并改善各种脑部疾病的诊断和治疗，如阿尔茨海默氏症、帕金森症和癫痫。

“有了我们的新理论，我们不仅仅是非黑即白地观察大脑，也就是说，给定的神经元群是活跃的还是不活跃的。相反，我们正在以彩色的方式观察大脑，通过包括神经胶质细胞及其信号，对细胞通信有了更深入的了解，”De Pittà博士说。“这让我们对大脑的复杂性有了更全面、更现实的了解。”

随着技术的进步，De Pittà和他在Krembil的团队将使用他们的模型开发技术，以修改神经元胶质回路的活性来治疗疾病。“我们的最终目标是研究神经元-神经胶质的相互作用，以发现大脑疾病的新治疗靶点。”

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