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塔夫茨大學醫(yī)學院（Tufts University School of Medicin）的研究人員發(fā)現(xiàn)了星形膠質(zhì)細胞以前未知的新功能，這種細胞幾乎占大腦所有細胞的一半。

科學家們說，在小鼠身上發(fā)現(xiàn)的星形膠質(zhì)細胞的新功能為神經(jīng)科學研究開辟了一個全新的方向，可能有一天會導致治療從癲癇、阿爾茨海默病到創(chuàng)傷性腦損傷等許多疾病的方法。

這歸結(jié)于星形膠質(zhì)細胞如何與神經(jīng)元相互作用，神經(jīng)元是大腦和神經(jīng)系統(tǒng)接收外部世界輸入的基本細胞。神經(jīng)元通過一組復雜的電信號和化學信號，在大腦的不同區(qū)域之間以及大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的其他部分之間傳遞信息。

到目前為止，科學家們認為星形膠質(zhì)細胞是重要的，但在這一活動中作用較小。星形膠質(zhì)細胞引導軸突的生長，軸突是傳導電脈沖的細長神經(jīng)元投影。它們還控制著神經(jīng)遞質(zhì)，這是一種能夠在大腦和神經(jīng)系統(tǒng)中傳遞電信號的化學物質(zhì)。此外，星形膠質(zhì)細胞建立血腦屏障并對損傷作出反應(yīng)。

但直到現(xiàn)在，它們似乎并不像所有重要的神經(jīng)元那樣具有電活性。

“星形膠質(zhì)細胞的電活動改變了神經(jīng)元的功能，” Chris Dulla 說，他是塔夫茨大學醫(yī)學院和生物醫(yī)學研究生院的神經(jīng)科學副教授，也是發(fā)表在《自然-神經(jīng)科學》（Nature Neuroscience）雜志上的一篇論文的通訊作者，“我們發(fā)現(xiàn)了大腦中兩個最重要的細胞相互交流的新方式。因為關(guān)于大腦如何工作還有很多未知，發(fā)現(xiàn)控制大腦功能的新基本過程是開發(fā)神經(jīng)疾病新療法的關(guān)鍵?！?/p>

除了 Dulla 和第一作者 Moritz Armbruster，該研究的其他作者包括來自塔夫茨大學醫(yī)學院的 Saptarnab Naskar、Mary Sommer、Elliot Kim 和 Philip G. Haydon，還有塔夫茨大學生物醫(yī)學研究生院細胞、分子和發(fā)育生物學項目的 Jacqueline P. Garcia 和其他機構(gòu)的研究人員。

Chris Dulla 

為了做出這一發(fā)現(xiàn)，研究小組使用了全新的技術(shù)，設(shè)計了一種技術(shù)，使他們能夠看到和研究腦細胞相互作用的電特性，這是以前無法觀察到的。

“有了這些新工具，我們基本上已經(jīng)揭示了生物學的全新方面，”醫(yī)學院神經(jīng)科學研究助理教授 Armbruster 說，“隨著更好的工具的出現(xiàn)——例如，新的熒光傳感器正在不斷開發(fā)——我們將更好地理解我們以前甚至沒有想過的東西?！?/p>

Moritz Armbruster

Dulla 解釋說：“這項新技術(shù)用光來成像電活動。神經(jīng)元是非?；钴S的，新技術(shù)使我們能夠看到星形膠質(zhì)細胞也是活躍的?！?/p>

Dulla 將星形膠質(zhì)細胞描述為“確保大腦中的一切都是良好的，如果有什么不對勁，如果有損傷或病毒感染，它們會檢測到，試圖做出反應(yīng)，然后試圖保護大腦免受傷害。我們下一步要做的是確定這些損傷發(fā)生時星形膠質(zhì)細胞是如何變化的?！?/p>

神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的交流是通過釋放一種叫做神經(jīng)遞質(zhì)的化學物質(zhì)進行的?？茖W家們知道星形膠質(zhì)細胞控制著神經(jīng)遞質(zhì)，幫助確保神經(jīng)元保持健康和活躍。但這項新研究表明，神經(jīng)元也會釋放鉀離子，從而改變星形膠質(zhì)細胞的電活動以及它控制神經(jīng)遞質(zhì)的方式。

“所以神經(jīng)元控制著星形膠質(zhì)細胞的行為，它們來回交流。神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞以一種前所未有的方式相互交流，”他說。

星形膠質(zhì)細胞-神經(jīng)元相互作用的發(fā)現(xiàn)提出了許多問題，即這種相互作用是如何在大腦病理和學習記憶的發(fā)展中起作用的。他說：“這讓我們重新思考星形膠質(zhì)細胞所做的一切，以及星形膠質(zhì)細胞的電活動如何影響廣泛的神經(jīng)系統(tǒng)疾病?！?/p>

例如，在阿爾茨海默病中，星形膠質(zhì)細胞不控制神經(jīng)遞質(zhì)，即使這是它們的基本工作，Dulla 解釋說。創(chuàng)傷性腦損傷和癲癇也會出現(xiàn)類似的問題。多年來，科學家們一直認為，這一問題可能是由于蛋白質(zhì)缺失或突變導致蛋白質(zhì)不起作用造成的。

Armbruster 說：“細胞外鉀在大腦中的積累，已經(jīng)被假設(shè)為導致癲癇和偏頭痛的病理。這項新研究讓我們更好地了解了星形膠質(zhì)細胞是如何清除這種積聚并幫助維持興奮平衡的?！?/p>

研究人員現(xiàn)在正在篩選現(xiàn)有的藥物，看看它們是否能操縱神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞的相互作用。通過這樣做，有一天我們能幫助人們學得更快更好嗎？我們能在腦損傷發(fā)生時修復它嗎？” Dulla 問道。

用于這項發(fā)現(xiàn)的新技術(shù)不僅開辟了思考星形膠質(zhì)細胞活動的新途徑，也為大腦活動成像提供了新途徑。在此之前，還沒有辦法成像大腦中鉀的活動，例如，或研究鉀如何參與睡眠、新陳代謝或大腦損傷和感染。

他說：“我們將這些工具提供給其他實驗室，這樣他們就可以使用相同的分析和技術(shù)來研究他們感興趣的問題。科學家們正在獲得研究頭痛、呼吸、發(fā)育障礙和一系列不同的神經(jīng)疾病的工具。”