我們的大腦擁有令人驚奇的連通性，里面擠滿了細(xì)胞，它們之間不斷地進(jìn)行著溝通。這種溝通發(fā)生在突觸之間——突觸是神經(jīng)遞質(zhì)從一個神經(jīng)元跳躍到另一個神經(jīng)元的中轉(zhuǎn)站，可讓我們思考，以進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶。

研究人員已經(jīng)知道，這些突觸往往需要一個刺激，才能讓信息發(fā)送穿過神經(jīng)元分裂。但這個刺激來自哪里，一直都是一個謎。

現(xiàn)在，哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個基因，可在一個稱為突觸易化（synaptic facilitation）的現(xiàn)象中，通過增加神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，提供這個刺激。

這個基因是突觸結(jié)合蛋白7（簡稱syt7），一個鈣傳感器，可動態(tài)地增加神經(jīng)遞質(zhì)的釋放；每一次釋放都有助于加強(qiáng)神經(jīng)元之間的聯(lián)系，持續(xù)大約一秒鐘的時間。據(jù)認(rèn)為，這些快速釋放對于大腦執(zhí)行短期記憶、空間導(dǎo)航和感官知覺相關(guān)計算的能力，是十分關(guān)鍵的。

哈佛醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)生物學(xué)教授Wade Regehr實(shí)驗(yàn)室的博士后Skyler Jackman帶領(lǐng)的研究小組，完成了這項(xiàng)研究，他們將相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的《Nature》雜志。

Jackman說：“我們真的認(rèn)為，大腦所能做的最重要的一件事情是，改變神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度。現(xiàn)在，我們有一種工具，可選擇性地關(guān)閉突觸易化，我們可以測試關(guān)于‘其對于思考和工作記憶的重要性’的一些長期持有的觀念。”

突觸易化最初是在70年前由中國生理學(xué)之父馮德培院士提出的，他和他的同事們，通利用前幾代科學(xué)家可用的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，找出了突觸強(qiáng)化背后的機(jī)制。

十幾年前，Regehr懷疑，syt7可能會驅(qū)動這個突觸強(qiáng)化過程：這個基因緩慢地打開，然后迅速上升，這也將適應(yīng)神經(jīng)遞質(zhì)的逐步釋放。

大約八年前，另一個實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家，制備了缺乏syt7基因的“基因敲除小鼠”，從而為檢驗(yàn)Regehr推測的實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。但是，當(dāng)生長在實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)皿里時，來自這些基因敲除小鼠的神經(jīng)元，表現(xiàn)的與其他神經(jīng)元沒有不同；結(jié)果，syt7可以解釋突觸增強(qiáng)的希望破滅了。

一年前，Jackman采取了另一種策略。他測試了基因敲除小鼠腦組織中的突觸連接，這些腦組織仍有完整的腦電路，這個實(shí)驗(yàn)更能反映神經(jīng)元和突觸在活體動物中的作用。

Jackman說：“這是驚人的。當(dāng)我們探討這些連接時，我們看到有一個巨大的不足，基因敲除小鼠中完全缺乏突觸易化，這完全不同于他們的野生型兄弟姐妹。”

要確定敲除syt7是否引起了這一變化，Jackman必須找到一種方法，來插入syt 7并恢復(fù)其功能。他使用光遺傳學(xué)——一種遺傳操縱工具，可用光打開或關(guān)閉神經(jīng)元的連接。他用雙順反子表達(dá)增強(qiáng)了這一技術(shù)，這種方法將一種光遺傳學(xué)蛋白和一個syt7蛋白，包入一種能平均感染所有神經(jīng)元的病毒。使用這兩種技術(shù)，Jackman可選擇性的研究，當(dāng)syt7被插入一個神經(jīng)元時發(fā)生了什么，并可靠地測量其效果。延伸閱讀：用光遺傳學(xué)修改小鼠的記憶；光遺傳學(xué)重要成果：用光刺激神經(jīng)修復(fù)。

Jackman熱切希望利用這些技術(shù)來研究“大腦不同部位中的神經(jīng)元子集是否影響杏仁核中的恐懼感，或在海馬體中的空間導(dǎo)航能力”。

Jackman說：“我們有大腦如何工作的理論，但沒有辦法改變大腦，我們真的不知道如何檢驗(yàn)這些理論。這給了我們一個新的工具來改變大腦的功能，并看到其如何影響動物的行為。”