星形胶质细胞是学习熟练动作的关键

从驾驶汽车到挥动网球拍，我们一生都在学习各种技巧动作。你可能认为这种学习只由神经元实现，但麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的研究人员的一项新研究表明，另一种脑细胞类型:星形胶质细胞发挥了重要作用。

就像一群优秀的运动员和教练员一起训练一样，大脑中神经元的集合运动皮层依靠附近星形胶质细胞研究表明，这是为了帮助他们学会编码何时以及如何移动，以及最佳的运动时间和轨迹。

这篇新论文描述了在老鼠身上进行的一系列实验神经科学杂志揭示了星形胶质细胞直接作用的两种具体方式运动学习，维持最佳的分子平衡，其中神经元集合可以适当地改善运动性能。

“这一发现是我们实验室和其他实验室工作的一部分，这些实验室提高了星形胶质细胞对神经元编码的重要性，从而提高了对行为的重要性，”资深作者、皮考尔研究所和麻省理工学院大脑与认知科学系牛顿神经科学教授Mriganka Sur说。“这表明，虽然行为的群体编码是一种神经元功能，但我们需要将星形胶质细胞作为它们的伙伴。”

皮考尔研究所博士后Jennifer Shih和前苏尔实验室博士后Chloe Delepine和Keji Li是这篇论文的共同主要作者。

Delepine说:“这项研究通过在运动皮层中提供这些机制的具体证据，强调了星形胶质细胞的复杂性和星形胶质细胞-神经元相互作用在微调大脑功能中的重要性。”

搞乱了运动掌握

研究小组让他们的老鼠完成一项简单的运动任务。当有音调提示时，老鼠必须在5秒内伸手去拿并按下一个杠杆。这些啮齿动物表明，它们可以在几天内学会这项任务，并在几周内掌握它。他们不仅更准确地完成了任务，而且他们的反应也加快了，他们伸手和推东西的轨迹变得更平滑、更均匀。

然而，在一些小鼠中，研究小组使用精确的分子干预来破坏运动皮层中星形胶质细胞的两种特定功能。在一些小鼠中，它们破坏了星形胶质细胞吸收神经递质谷氨酸这种化学物质在被称为突触的连接处接收到时会刺激神经活动。

在其他小鼠中，他们过度激活了星形胶质细胞的钙信号，从而影响了它们的功能。在这两种方式中，干预都破坏了神经元形成或改变彼此连接的正常过程，这个过程被称为“可塑性”，使学习成为可能。

每种干预措施都会影响小鼠的表现。第一个(抑制谷氨酸转运蛋白GLT1)并不影响老鼠是否推杠杆或推得有多快。相反，它破坏了运动的流畅性。GLT1被破坏的小鼠仍然不稳定和颤抖，似乎无法完善他们的技术。

接受第二次干预(激活Gq信号)的小鼠不仅在运动轨迹的流畅性方面表现出缺陷，而且在理解何时推杠杆和推杠杆的速度方面也表现出缺陷。

研究小组深入研究了这些缺陷是如何出现的。他们使用双光子显微镜进行追踪神经活动在未改变小鼠的运动皮层和每次干预治疗的小鼠。与他们在正常小鼠中看到的情况相比，GLT1被破坏的小鼠神经元之间的相关性更低。与正常小鼠相比，Gq激活小鼠表现出过度的相关活性。

作者写道:“这些数据表明，神经元相关性的最佳水平是驱动任务表现的功能性神经元整体出现所必需的。”“驱动运动学习的是携带信息的有意义的相关性，而不是潜在的非特定相关性的绝对量级。”

团队挖得更深。他们仔细地从小鼠的运动皮层中分离出星形胶质细胞，包括一些未接受运动任务训练的小鼠，以及一些接受了训练的小鼠，包括未改变的小鼠和接受了每次干预的小鼠。在所有这些纯化的星形胶质细胞样本中，他们对RNA进行测序，以评估它们在基因表达上的差异。

他们发现，在训练过的小鼠和未训练过的小鼠中，星形胶质细胞表现出更多与GLT1相关的基因表达。在老鼠在他们干预的地方，他们看到的是低表情。这一证据进一步表明，谷氨酸转运蛋白过程确实是运动任务训练的基础。

苏尔说:“在这里，我们证明了星形胶质细胞在使神经元正确编码信息方面发挥着重要作用，例如在学习和执行一个动作方面。”