来源：中科院神经科学研究院

摘要：我们的大脑中存在着亿万个神经元，在神经科学领域有一个非常重要的问题，就是一个神经元是如何在这亿万个神经元中选择与某一些神经元形成突触联系的。

演讲者：中国科学院神经科学研究所徐华泰研究组邵吟淇

大家下午好。我是来自神经环路发育研究组的邵吟淇，接下来跟大家分享的是神经元和神经元之间通过什么方式交朋友的故事。

 

我们的大脑中存在着亿万个神经元，在神经科学领域有一个非常重要的问题，就是一个神经元是如何在这亿万个神经元中选择与某一些神经元形成突触联系的。这其实可以拿我们的社交网络来进行类比。从小到大我们会接触形形色色的人，但是和我们接触最多、交流最多的，其实还是我们的家人，也就是说,一个家族谱系对于我们社交网络形成是非常重要的。这个“谱系”的概念在神经生物学中也是存在的。比如说，一个神经前体细胞分裂之后会形成两个子代的神经元，我们就称这两个子代神经元为姐妹神经元，也就是说它们来自于同一个谱系。那么这两个姐妹神经元之间的交流，会不会比其他非姐妹神经元之间的交流更多？谱系在这两个神经元交流的过程中会不会起到作用？这就是我们接下来要关注的重点。

 

为了回答这个问题，首先我们需要解决两个小问题。第一，如何在茫茫的神经元海洋中把一个谱系的细胞标记出来呢？

 

我们使用的是一种叫做逆转录病毒的病毒工具。逆转录病毒是一种可以整合基因组的病毒。在我们用带有荧光标记的逆转录病毒去感染前体细胞之后，这个前体细胞所产生的子代细胞就都会表达这样的荧光蛋白，那么我们就可以在脑片上，看到一个谱系的产生（图一上）。

 

第二，在已经标记上一个谱系之后，我们要通过什么方式去判断神经元和神经元之间的交流呢？

 

这里我们使用的是一种在神经科学界非常传统的方法，叫做电生理（图一中）。神经元和神经元之间的交流，依赖的是电信号的传递。而电生理其实就是通过记录神经元的电发放来判断神经元和神经元之间的信息交流方式。图一下方所示就是一个很典型的通过电生理记录到的神经元的电发放。

 

因此，结合逆转录病毒标记谱系神经元以及电生理记录这两种实验方法，我们接下来就可以研究谱系对神经环路构建的影响了。

 

图一谱系依赖的神经环路发育的研究工具

 

这里我们以大脑中两个主要的脑区来总结目前科学家们的发现（图二）。首先是新皮层。新皮层是我们大脑中一个非常重要的结构，它负责的是一些比较高级的功能，比如视觉、听觉的信息处理，等等。从结构上来说，一个谱系的神经元在新皮层会形成一个柱状的结构，非常漂亮。而电生理的结果显示，这些位于柱状结构中的一个谱系的神经元，会有更高的概率形成突触联系。而另外一个比较重要的脑区，海马体，它主要负责的功能则是记忆。一个谱系的神经元在海马体的排列是水平状的。而电生理的实验结果也显示，同一个谱系的神经元之间，虽然没有像新皮层那样会更倾向于形成突触联系，但他们会更高概率的接受相同的抑制性输入——这也很好理解，就好比我们一家人，可能会因为所处的环境比较类似，接受到的外界信息也比较相同。综上，谱系对于我们大脑中神经环路的构建是非常重要的。

 

图二新皮层及海马中谱系依赖的神经环路构建

 

在此基础上，我们实验室开展了关于下丘脑谱系依赖的神经环路发育的研究。下丘脑是一个多核团的结构，它所负责的功能也比较多且复杂，比如对睡眠、饮食、昼夜节律的调控，等等。当我们用逆转录病毒在下丘脑标记谱系神经元的时候发现，谱系相关的神经元在这里可能并不像新皮层或者海马那样有非常规律的排列方式。让我们再次回到人类的社交网络。我们的社交网络也并不一定是单单依靠家族关系确立起来的，一些其他因素也会参与其中。

例如，我们可能会更倾向于和我们兴趣相投的人交往，也会更乐于同同龄人进行交流。这类比到神经元上就可以推测，是否相同类型的神经元或相同时间内出生的神经元之间的联系会更紧密？因此，在下丘脑这样一个比较复杂的脑区结构中，可能谱系对环路的构建所起的作用只是一小部分，还有更多的潜在的因素等待我们进一步发掘。

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