星状细胞是学习技术动作的关键

从汽车转向摆动一个网球拍,我们学会执行各种技能的运动在我们的生活。你可能认为这种学习只是实现神经元,但是一项新的研究,Picower研究所的研究人员在麻省理工学院学习与记忆显示另一个大脑细胞类型的重要作用:星形胶质细胞。

正如团队精英运动员训练与员工的教练,乐团的大脑运动皮层神经元取决于附近的星形胶质细胞,帮助他们学会何时以及如何移动,编码的最佳时机和轨迹运动,研究表明。描述一系列的实验小鼠,新纸的神经科学杂志》上显示两个特定星形胶质细胞的方式直接影响运动学习,保持一个最佳的分子平衡的神经集合体可以适当改进运动性能。

“这一发现是身体的一部分在我们的实验室和其他实验室工作,提升星形胶质细胞对神经元编码的重要性,因此,行为,”资深作者Mriganka苏尔说,牛顿Picower研究所神经科学教授,麻省理工学院大脑与认知科学系的。“这表明,尽管人口编码的行为是一个神经元函数,我们需要包括星形胶质细胞作为合作伙伴。”

Picower研究所博士后詹妮弗·施和前在实验室博士后克洛伊Delepine和李陈可冀论文的联合作者。

“这项研究强调了星形胶质细胞的复杂性和astrocyte-neuron交互的重要性微调大脑功能,提供具体的证据,这些机制在运动皮层,“Delepine说。

改变电动机掌握

团队给他们的老鼠掌握一个简单的运动任务。语气暗示时,老鼠不得不伸手,推低杠杆在五秒。啮齿动物显示他们可以学习任务在几天,几周内掌握它。他们不仅更准确地执行任务,而且他们的反应加快,达到和推动的轨迹变得更顺利,更均匀。

然而在一些老鼠,团队工作精度分子干预破坏两个特定运动皮层星形胶质细胞的功能。在一些老鼠,他们扰乱了星形胶质细胞释放的神经递质谷氨酸吸收的能力,这种化学物质刺激神经活动在连接时称为突触。在其他老鼠hyperactivated星形胶质细胞的钙信号,这影响了他们的功能。在这两种方法,干预扰乱了正常的神经元的过程将会形成或改变他们的相互连接,这一过程被称为“可塑性”,使学习。

干预每个老鼠的性能的影响。第一个(谷氨酸转运体的击倒GLT1)不影响小鼠是否推动杠杆或他们的速度有多快。相反,它扰乱了平滑的运动。小鼠GLT1中断仍然不稳定,不稳定的,如果无法改进他们的技术。老鼠受到第二次干预(Gq信号激活)显示赤字不仅平滑的运动轨迹也在他们的理解,推动杠杆时速度。

团队深入挖掘这些赤字如何出现。使用双光子显微镜他们跟踪运动皮层的神经活动的老鼠和老鼠每次干预治疗。相比他们看到在正常小鼠,小鼠GLT1中断显示神经元之间的相关活动。小鼠Gq激活显示过多的相关活动与正常小鼠相比。

“数据表明最优水平的神经关联的出现需要功能性神经乐团驱动任务绩效,”作者写道。“有意义的相关性,携带信息的绝对星等驱动电动机的学习而不是什么潜在的非特异性的相关性。”

团队挖更深。他们小心地隔离从小鼠的运动皮层星形胶质细胞,包括一些未经训练的人在电动机任务以及那些被训练,包括不变的老鼠和老鼠进行了干预。在所有这些样品纯化星形胶质细胞,然后测序RNA来评估他们在表达不同的基因。他们发现,在训练与未经训练的老鼠,星形胶质细胞表现出更强的GLT1相关基因的表达。在老鼠身上,他们介入他们看到降低表达式。,进一步的证据表明,谷氨酸转运体的过程确实是运动训练任务的基础。

“在这里,我们表明,星形胶质细胞有重要作用使神经元正常编码信息,学习和执行运动例如,”苏尔说。

皮埃尔Gaudeaux是论文的合著者。这项研究是由美国国立卫生研究院资助,西蒙斯基金会和JPB基金会。

参考:Delepine C,李施J, K, Gaudeaux P,苏尔m .微分的影响星形胶质细胞操作学习运动行为和运动皮层神经元的集合体。J >。2023年3月9日在线发表。doi:10.1523 / jneurosci.1982 - 22.2023

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