神经科学家揭示了如何不可思议地交织自然和培育

作者:山倡枭

<p>这是用不同颜色标记的大脑皮质神经元的“脑袋”信用:哈佛大学Lichtman实验室“自然和培育是一个方便的单词,因为它在两个不同的头下分离了无数的个性组成的元素自然是全部一个人带着自己进入这个世界;培养是在他出生后影响他的每一种影响“ - 查尔斯达尔文的表兄弗朗西斯高尔顿,1874年它的性质或培育是否最终塑造了人类</p><p>行为和行为是基因还是环境的结果</p><p>数千年来,无数哲学家和科学家已经探索过这些问题的变异</p><p>然而,随着生物学家继续更好地理解脑功能的基础机制,这一长期争论的二分法可能根本不是二分法</p><p>来自哈佛医学院的自然神经科学,神经科学家和系统生物学家揭示了小鼠大脑中不可避免的交织自然和培育使用在HMS开发的新技术,该团队研究了单个感官体验如何通过分析超过大脑中的基因表达来影响在暴露于光线之前和之后,小鼠视觉皮层中有114,000个个体细胞他们的研究结果揭示了所有细胞类型中基因表达变化的戏剧性和多样性,涉及611个不同基因,许多与神经连接相关,并且大脑具有重新连接以学习的能力并调整结果提供了如何爆发的见解神经元活动只持续几毫秒触发大脑的持久变化,开辟新的探索领域,努力了解大脑是如何工作的“我们发现的是,在某种意义上,对于视觉刺激,几乎每个细胞都是惊人的</p><p>视觉皮层以不同的方式作出反应,“共同资深作者迈克尔格林伯格说,Nathan Marsh Pusey神经生物学教授和HMS神经生物学系主任”这本质上解决了关于自然和培育的长期问题:是它的基因还是环境</p><p>这两者都是,这就是他们如何走到一起,“他说,许多神经科学家中的一位已经知道刺激感觉经验,如触觉或声音,代谢变化,伤害和其他环境经验 - 可以触发内在的遗传程序的激活大脑由大量不同的细胞组成,大脑依赖于复杂的细胞功能管弦乐队来完成其任务科学家长期以来一直试图了解个体细胞如何对各种刺激做出反应然而,由于技术限制,以前的基因研究主要集中在混合细胞群体,模糊细胞行为的重要细微差别为了建立更全面的图景,格林伯格与共同作者Bernardo Sabatini,HMS的Alice和Rodman W Moorhead III神经生物学教授以及系统助理教授Allon Klein合作HMS的生物学由共同主要作者Sinisa Hrvatin牵头,他是格林伯格实验室的博士后研究员,Sabatini实验室的博士后研究员Daniel Hochbaum和格林伯格实验室的MD-PhD学生M Aurel Nagy,研究人员首先在完全黑暗的环境中安置老鼠以安静视觉皮层,控制视力的大脑区域然后他们将小鼠暴露在光线下并研究它如何影响大脑内的基因利用Klein实验室开发的技术,他们在暴露之前和之后跟踪了成千上万个细胞中哪些基因被打开或关闭</p><p>视觉皮层 - 所有细胞类型中的光暴露后基因表达的变化 - 意外地,非神经元细胞,例如脑中血管的星形胶质细胞,巨噬细胞和肌肉细胞,大约50%至70%的兴奋性神经元,例如无论其位置或功能如何,均表现出变化值得注意的是,作者说,大部分非神经细胞 - 几乎占所有星形胶质细胞的一半,例如 - 也显示出变化该团队发现了数千个在光照后表达模式发生改变的基因,以及至少有两倍增加或减少的基因的611个基因 这些基因中的许多先前已经与大脑中的结构重塑相关联,这表明实际上整个视觉皮层,包括脉管系统和肌肉细胞类型,可能会因感觉经验而进行基因控制的重新布线</p><p>神经科学家之间存在一些争议</p><p>基因表达是否可以在功能上控制神经元之间的可塑性或连接性“我认为我们的研究强有力地暗示了这种情况,并且每个细胞都有一个独特的遗传程序,该程序适合于神经回路中给定细胞的功能,”格林伯格说</p><p>问题goldmine这些研究结果开辟了广泛的进一步研究途径,作者说,例如,遗传程序如何影响特定细胞类型的功能,它们如何在生命早期或晚期发生变化以及这些程序中的功能障碍可能如何导致疾病,所有这些都可以帮助科学家更多地了解大脑的基本运作“Exp能量和环境刺激似乎几乎总是影响整个大脑的基因表达和功能这可能有助于我们理解如何通过短时间的电活动产生诸如学习和记忆形成等需要长期大脑变化的过程</p><p>格林伯格说,根据格林伯格,一个特别有趣的探究领域包括控制基因表达以响应感官经验的调控元素</p><p>在今年早些时候发表在Molecular Cell上的一篇论文中,他和他的团队探索了FOS / JUN蛋白复合物的活性,该复合物在大脑中的许多不同细胞类型中表达,但似乎在每种不同细胞类型中调节独特程序</p><p>鉴定控制基因表达的调控元件是至关重要的,因为它们可能解释差异从一个人到另一个人的大脑功能,也可能是au等疾病的基础研究人员表示,“我们正坐在可以帮助我们更好地了解大脑运作方式的问题的金矿上”,格林伯格说:“有一整个探索领域等着被挖掘出来” Sinisa Hrvatin等,“小鼠视皮层经验依赖性转录组状态的单细胞分析”,Nature Neuroscience,第21卷,第120-129页(2018)doi:101038 / s41593-017-0029-5来源:....