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小脑中复杂的脑细胞连接比人们想象的更常见

本站发布时间:2023-11-21 14:40:23

1906年,西班牙科学家SantiagoRamó;nyCajal因其对月球微观结构的开创性研究而获得诺贝尔奖他在小脑中绘制的著名的浦肯氏细胞图显示了上述坚固的神经结构,细胞体上有多个大分支,并分裂成美丽的叶子状图案

尽管早期的描述描绘了从细胞体延伸出的多个树突,但迄今为止,神经科学家的共识是,浦肯氏细胞只有一个与脑干的一个边缘纤维相连的初级树突芝加哥大学本周在《科学》杂志上发表的一项新研究表明,卡尔的绘图长期以来都是准确的,然而,人类小脑中几乎所有的普金细胞都有多个初级树突

进一步的研究表明,大约50%的Purkinje细胞也具有这种更复杂的结构,而在这些细胞中,25%的细胞接受来自与不同初级树突分支相连的多种气候纤维的输入记录活体小鼠细胞活性的实验还表明,主要分支可以依赖性地被激活,对来自环境的不同刺激做出反应

“你对大脑中某些原型的处理越多,你就越能接受它,”芝加哥大学神经生物学教授、该研究的作者克里斯蒂安·汉塞尔博士说,他指的是普金细胞拥有一个与一根气候纤维相连的主树突的经典模型“Cajal的研究从20世纪90年代就开始了,明确地说,它具有高度的选择性,但直到现在,通过定量分析,我们才发现,人类细胞具有多个完整的树突是最普遍的,我们可以看到这一点有很大的不同。”

重写textbookidea

小脑(来自拉丁语,“小小脑”)位于小脑的底部,就在脊髓连接处的上方自从法国物理学家JeanPierreFlourensf于1824年首次描述了小脑的功能以来,科学家们一直认为它的唯一任务是协调运动和肌肉活动,但科技进步已经表明,小脑在处理身体内外环境的争论中也发挥着重要作用,包括对主动性和平衡性的补偿

小脑Purkinjecells是一个大天线,它接收成千上万的输入,以接收从大脑到身体的文本信息这些设计与预测误差信号相结合,表明文本与客户预期之间不匹配这种错误信号是由从脑干伸出并与其目标浦肯氏树突结构相连的神经纤维提供的适当地退出,这些神经会回忆起“气候纤维”

对连接的标准理解是,每个Purkinje细胞都有一个从细胞体分支出来的初级树突,并与一个气候纤维连接,形成一个单一的计算单元Beliefing this one to one relationship between including fibers and Purkinjecells,acentraldogmain field can be found in very neuroscience extbook,large mess from studies on啮齿类动物,其主要具有独特的神经结构

尽管在这项新研究中,汉塞尔实验室的博士研究者、该研究的第一作者SilasBusch从研究人类和家庭组织中的数千个细胞开始,但对这些结构的许多研究都集中在细胞数量上以稳定靶向、抗体为基础的检测技术,已知免疫组织化学,可在小脑薄层中选择性地产生浦肯氏细胞他对所有这些细胞的结构进行了分类,并发现超过95%的人类Purkinje细胞具有多个初级树突,而那些具有树突的细胞接近一半

Buschsaid说:“你可以了解这种疾病在肝脏中的流行程度,因为从解剖学上讲,它们被认为是肝脏的‘主要’缺陷。”“所以,如果这些细胞的结构描述是基于有一个树突的小鼠原型,你就可以称之为初级树突。”

这是一个显著的物种差异,在新的血液处理解决方案中,大脑区域共享了哺乳动物和其他脊椎动物的DNA,导致BuschandHansel认为这可能是一种功能性的结果,可以使多个初级树突稳定在一个位置气候纤维是他们的第一个怀疑,它与一次树突的关系和微小的缠结有关

Buschin利用含有干细胞的小脑部分,将带有染料的细胞注射到空气分支,并对纤维输入进行模拟和染色他观察到,25%的具有多个初级树突的细胞接收到多个吸收纤维,根据教学改写了教科书,每个Purkinje细胞都需要吸收纤维输入,而具有单个初级树突的细胞核则没有

行走的老鼠和摇摆的老鼠

由于发现具有多个初级树突的帕金森细胞中的一部分(少数)受到来自多种气候纤维的输入,Busch在活体中进行了一系列实验,这些实验被称为运动室内的功能差异首先,将荧光钙指示灯注入种植在小玻璃窗上的小白鼠体内,可以帮助钙流向浦肯氏细胞树突通过在显微镜下抑制小鼠的头部,同时再次注射,他可以测量钙流量,这表明向细胞提供了什么样的吸收纤维在含有一个初级枝晶的情况下,高分辨率图像显示活性信号在其结构上是一致的;由于有多个初级树突,他在不同的时间检测到每侧都有活性,这意味着一个树突可以被纤维激活,而另一个树突则不能

接下来,Buschwant希望他能通过使用非精确刺激来缓解单独的气候纤维活动:使用者的胡须不过,在实验中,Buschhad给他们的冰打了个比方(他说:“我不知道你是否已经试过用单独的搅拌器来唤醒老鼠,但这真的很难”)在他们睡着的时候,Busch把单独的搅拌器拧到一个玻璃管里,来回摆动在这里,他发现Purkinjecells的一些关键分支的活性是不明显的,这表明单个气候纤维会从单个干细胞向单个干细胞的输入中辞职

最后,对于更真实的世界场景


来源:

Materials provided by
University of Chicago. Original written by Matt Wood.
注明: Content may be edited for style and length.


参考:

  1. Silas E. Busch, Christian Hansel.
    Climbing fiber multi-innervation of mouse Purkinje dendrites with arborization common to human. Science, 2023; 381 (6656): 420 DOI: 10.1126/science.adi1024

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