“信息”如何在大脑中流动

　　当你与周围的世界互动时，你的经历会被记录为大脑神经元之间连接强度的变化。这个过程被称为突触可塑性，它改变了信息在大脑中的流动方式，对学习、记忆甚至损伤恢复都至关重要。

　　

当你与周围的世界互动时，你的经历会被记录为大脑神经元之间连接强度的变化。这个过程被称为突触可塑性，它改变了信息在大脑中的流动方式，对学习、记忆甚至损伤恢复都至关重要。

在MPFI科学主任Ryohei Yasuda博士的指导下，本周发表在《Journal of Neuroscience》上的一项新研究发现，一种名为蛋白激酶C δ (PKCd)的信号酶在这一过程中起着关键作用。科学家团队开发了生物传感器来跟踪PKCd在可塑性过程中的活动，克服了研究其功能的长期挑战。通过这种新方法，他们发现PKCd产生了一种“蝴蝶效应”，从神经元中数千个突触中的几个传递局部信号，以调节基因表达的全细胞变化。

突触可塑性由数百种协调的生化反应组成，这些反应改变了单个突触的结构和功能，突触是神经元之间传递信息的微小隔间。这些生化反应是酶的工作，是细胞中特殊的蛋白质，它们在可塑性期间共同起作用，使突触生长或收缩，使它们变得更强或更弱。有趣的是，当一个神经元中数千个突触中只有几个突触发生可塑性时，这些反应就会超越单个突触室，扩散到整个神经元的细胞核，在那里，神经元范围内的基因表达发生了变化。

突触的局部可塑性与细胞核变化的协调使学习过程中大脑信息传递的持久变化成为可能。然而，协调突触到细胞核信号传导的酶和反应尚未完全了解。通过开发新方法来研究老问题，MPFI的科学家们能够确定PKCd对这一关键过程至关重要。

PKCd是PKC家族的一部分，PKC家族是一组12个密切相关的酶，已知是突触可塑性所必需的。然而，PKC家族中单个酶在突触可塑性中的作用尚不清楚。这种不确定性主要是由于科学家缺乏工具来区分这些密切相关的家庭成员的独特角色。

为了克服这一限制，科学家们开发了生物传感器来可视化PKC酶家族特定成员的活性。研究小组发现其中一种酶PKCd对突触可塑性是不可或缺的。阻断其功能会阻止突触连接强度和大小的增加。

最值得注意的是，该研究揭示了PKCd的活性取决于可塑性刺激的性质。当几个突触被加强时，PKCd被激活到更大程度和更长的时间。此外，它的活性遍布整个神经元，调节从神经元突触到细胞核的生化反应，在那里它们激活基因转录。

这项研究的首席研究员Lesley Colgan博士说:“这项工作提供了新的工具，克服了长期以来研究单个PKC酶功能的局限性，并提供了对突触可塑性的更好理解，突触可塑性是大脑功能的关键过程。通过这种方法，我们发现了突触和细胞核内基因转录之间信息交换的有效机制，将短期可塑性转化为更持久的可塑性形式，这可能是记忆形成的基础。”

就像PKCd活性从几个突触扩散到整个神经元一样，科学家们希望PKC酶家族的新生物传感器的发展将产生突触可塑性领域以外的影响。

正如Colgan博士所说，“PKC酶家族参与许多细胞功能，并与许多疾病有关，包括阿尔茨海默病、癌症和心脏病。我们希望本文中开发的工具将被科学界的其他人用来解决许多不同的问题，并在这些重要的科学领域产生影响。”

Lesley A. Colgan, Paula Parra-Bueno, Heather L. Holman, Xun Tu, Anant Jain, Mariah F. Calubag, Jaime A. Misler, Chancellor Gary, Goksu Oz, Irena Suponitsky-Kroyter, Elwy Okaz, Ryohei Yasuda.