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來自加拿大大學(xué)健康網(wǎng)絡(luò)（University Health Network，UHN）的克雷姆比爾大腦研究所（Krembil Brain Institute）和北卡羅來納州的杜克大學(xué)（Duke University）的一組科學(xué)家開發(fā)了第一個預(yù)測皮質(zhì)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在認(rèn)知中的作用的計算機模型。這篇論文近日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences ，PNAS）上。

克里姆比爾大腦研究所的科學(xué)家、該研究的第一作者 Maurizio De Pittà 博士說：“神經(jīng)元的作用已有詳細(xì)的記載，但神經(jīng)元周圍還散布著很多神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，大腦中的許多突觸附近都有神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。我們目前還不了解神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)是如何協(xié)同工作的，也不知道神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙是如何導(dǎo)致認(rèn)知缺陷的?！?/p>

神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在大腦中大量存在，并發(fā)揮著多種重要作用。長期以來，這些細(xì)胞一直被認(rèn)為是被動的旁觀者，為神經(jīng)元和突觸提供物質(zhì)支持，為神經(jīng)元提供營養(yǎng)，并清除毒素和廢物。然而，科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)與神經(jīng)元的相互作用方式與神經(jīng)元通過化學(xué)信號相互交流的方式類似。

這篇論文提出了神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在大腦認(rèn)知加工中扮演的角色的第一個理論?！拔覀冄芯康纳窠?jīng)膠質(zhì)細(xì)胞類型（稱為星形膠質(zhì)細(xì)胞）可以改變我們大腦回路的活動，并影響我們的行為方式，” De Pittà 博士說。

該研究觀察了星形膠質(zhì)細(xì)胞在工作記憶（Working Memory，WM）中的作用，這是一種為正在進(jìn)行的任務(wù)存儲信息的能力，如跟隨電影的故事情節(jié)或數(shù)到十。

“我們知道星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放特殊的化學(xué)信號，我們已經(jīng)證明這種信號可以調(diào)節(jié)工作記憶的不同讀取器，” De Pittà 博士說，“揭示神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的化學(xué)相互作用可能是工作記憶的核心，也告訴我們，當(dāng)我們有工作記憶缺陷時，可能會出現(xiàn)什么問題，這通常是主要大腦障礙的警告信號?！?/p>

他補充說：“如果我們想真正理解工作記憶的功能障礙，我們需要考慮神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間的相互作用。”

·像無線電系統(tǒng)一樣，傳統(tǒng)上人們認(rèn)為突觸是在單一頻段上傳輸?shù)摹？紤]到星形膠質(zhì)細(xì)胞，我們現(xiàn)在知道可以有多個頻帶。

·人們普遍認(rèn)為，不同形式的工作記憶依賴于不同的回路，然而，這項研究表明，同樣的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞回路可以編碼各種形式的工作記憶。

·星形膠質(zhì)細(xì)胞相對于神經(jīng)元的排列方式可以控制我們的工作記憶容量，或者我們可以同時記住多少件事。

目前，還沒有有效的技術(shù)來記錄人腦中的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活動。研究人員希望最終創(chuàng)造出一個高保真的模型（一個“數(shù)字雙胞胎”），大腦的神經(jīng)元-神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞回路，從基因到細(xì)胞。這樣的模型可以幫助發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元-神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞相互作用的標(biāo)志物，并改善各種腦部疾病的診斷和治療，如阿爾茨海默病、帕金森病和癲癇。

“有了我們的新理論，我們不只是在黑和白的情況下觀察大腦，也就是說，特定的神經(jīng)元群體是活躍的還是不活躍的。相反，我們正在用彩色技術(shù)觀察大腦，通過包括神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及其信號，對細(xì)胞通信有更深入的了解，” De Pittà 博士說，“這讓我們對大腦的復(fù)雜性有了更全面、更現(xiàn)實的認(rèn)識?！?/p>

隨著技術(shù)的進(jìn)步，De Pittà 和他在克里姆比爾的團隊將使用他們的模型開發(fā)技術(shù)，以修改神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞回路的活性來治療疾病?！拔覀兊?strong>最終目標(biāo)是研究神經(jīng)元-神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用，以發(fā)現(xiàn)大腦疾病的新的治療靶點?！?/p>