星形膠質細胞：讓你認識新事物的腦電波

　　伽馬波可能影響我們的學習能力和記憶力，它是如何產生的？什么情況下它會受到影響？神經科學家又有了一些新思路，通過腦細胞研究的深入，他們把目光投向了星形膠質細胞。伽馬波是大腦中一種快速的電振蕩。查閱學術文獻得到的結論是，伽馬波可能涉到學習過程、記憶力和注意力。

　　當伽馬波被擾亂的時候，可能會引起精神分裂癥、癲癇、阿爾茲海默癥、自閉癥和多動癥。它涉及到的疾病確實很多，這也正是這種周期為每秒25-80次的腦電波引起神經科學家興趣的原因之一。

　　盡管神經學家一直對伽馬波感興趣，但是還有很多非常棘手的問題，比如，神經元是怎樣通過特定的分子產生伽馬波的？伽馬波是如何幫助大腦沿著數萬億計的連接進行通訊的？加利福尼亞州拉荷亞Salk研究所的一些研究者通過在大腦的基本單元——神經元——之外進行研究，獲得了對伽馬波的新見解。

　　神經科學的教科書以前將星形膠質細胞看作是神經細胞的后援團隊，為大腦中那些快速發放的信息處理單元（神經元）提供新陳代謝的支持。最近幾年，隨著人們發現星形膠質細胞和神經元一樣，也有著處理信息的功能，這種看法有所改變。Salk研究所的這項研究說明，星形膠質細胞可以噴射出神經遞質，從而和其他腦細胞進行交流。

　　考慮到神經元和星形膠質細胞會執行一些相同的功能，我們非常難說清楚星形膠質細胞有什么特別的功能。目前還沒有確鑿的證據來說明這些名義上的“后援細胞”在形成記憶和控制注意力時有何作用。

　　在Salk研究所的合作者們——包括了Terrence Sejnowski, InderVerma和Stephen Heinemann實驗室——首先在海馬體切片中發現了一些跡象。海馬體是大腦中和形成記憶相關的組織。研究人員發現，在海馬體切片中，星形膠質細胞內的鈣離子濃度會在伽馬波啟動之前有所提升。因此研究者們隨后開始尋找能夠證明星形膠質細胞對產生伽馬波起到了關鍵作用的確鑿證據。

　　他們把可操縱的基因開關植入到小鼠體內，可以控制星形膠質細胞是否能釋放神經遞質。當細胞中的鈣含量增長到一定程度后神經遞質就會被釋放。妨礙神經遞質谷氨酸的釋放會阻止星形膠質細胞和附近的細胞交流信息。神經遞質的釋放被阻止后，小鼠大腦內的伽馬波減弱了。研究者們重新打開開關，觀察伽馬波振幅的變化，結果顯示了星形膠質細胞發射信號的強弱會導致伽馬波的強度的變化，它們之間有很強的因果關系。這項研究被發表在了2014年8月12日的美國國家科學院院刊上。

　　美國國立衛生研究院的一名研究員R. Douglas Fields在郵件中評論說：“腦電波的震蕩對于耦合一群神經元的發放，從而形成功能集團非常重要。這對于信息處理十分關鍵。”Fields是神經膠質（不同于神經元的一類腦細胞，包括星形膠質細胞）研究領域的專家。他在評論中論述：“以前，神經元的快速振蕩被認為是由于神經網絡驅動別的神經元產生同步所引起的，至今這仍然是正確的。但是這項新的研究將這個結論拓展到了神經元以外，展示了叫做星形膠質細胞的神經膠質細胞會釋放神經傳導物質，促進了組群神經元的快速振蕩，并且由此將神經細胞耦合為功能性群組。”

　　當暫停星形膠質細胞信號時，伽馬波會衰減，但小鼠并不會昏迷和失去知覺。然而認知測驗結果顯示，正如預期的那樣，小鼠并不會花費很多時間去了解和學習新事物（譯者注：正常小鼠會在新事物上花費很多時間進行探索和學習）。當再次打開基因開關，恢復星形膠質細胞信號時，該異常行為就會消失。Sejnowski說：“通過有選擇性地阻止了伽馬波，我們展示了這些振蕩對認知新事物時的必要性。這是首個能證明它們有因果關系的有力證據。但這仍舊只是第一步，我們還需要做更多的測試。”

　　帶有星形膠質細胞信號的開關的小鼠在未來的實驗中會有很大的用處，也許可以讓研究者們繼續探索伽馬波是怎樣幫助人類理解新事物的——這對于人類來說與如何在這個世界上生存同樣重要。

　　關于作者：加里?斯蒂克斯（Gary Stix），《科學美國人》資深編輯，經授權寫作和編輯專欄、新聞和網絡博客。負責神經系統科學領域。他也經常為納米科技、肥胖癥等特殊話題或報道作欄目編輯。Gary在《科學美國人》已工作了20多年，最近三年是電氣和電子工程師協會旗艦出版物《IEEE綜覽》（IEEE Spectrum）雜志的科學記者。他擁有紐約大學新聞學學士學位。他和他妻子Miriam Lacob一起寫了一本技術入門讀物，叫《誰給的千兆字節？》（Who Gives a Gigabyte?）。