當(dāng)你期待某樣?xùn)|西時(shí)——比如你在餐館點(diǎn)的菜——或者當(dāng)某樣?xùn)|西吸引了你的興趣時(shí)，獨(dú)特的電子節(jié)奏就會(huì)在你的大腦中閃現(xiàn)。

這些波被稱為伽馬振蕩，它們反映了細(xì)胞的交響樂——興奮性和抑制性——以一種協(xié)調(diào)的方式一起演奏。盡管伽瑪波的作用還存在爭議，但它與較高水平的大腦功能有關(guān)，這種模式的紊亂與精神分裂癥、阿爾茨海默氏癥、自閉癥、癲癇和其他疾病有關(guān)。

現(xiàn)在，索爾克研究所的新研究表明，大腦中鮮為人知的支持細(xì)胞，即星形膠質(zhì)細(xì)胞，實(shí)際上可能是控制這些波的主要角色。

在7月28日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一項(xiàng)研究中，索爾克大學(xué)的研究人員報(bào)告了一項(xiàng)新的、出人意料的策略，通過使傳統(tǒng)上被認(rèn)為在大腦中發(fā)揮更大支持作用的星形細(xì)胞類型失去功能，而不是神經(jīng)元，來抑制伽馬振蕩。在這個(gè)過程中，研究小組發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞，以及它們幫助形成的伽馬振蕩，對某些記憶形式至關(guān)重要。

“這可以被稱為確鑿的證據(jù)，”合著者泰倫斯·塞諾維斯基(Terrence Sejnowski)說。塞諾斯基是索爾克生物科學(xué)研究所(Salk Institute for Biological Sciences)計(jì)算神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，也是霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所(Howard Hughes Medical Institute)的研究員。有數(shù)百篇論文將伽馬振蕩與注意力和記憶聯(lián)系起來，但它們都是相互關(guān)聯(lián)的。這是我們第一次能夠做一個(gè)因果實(shí)驗(yàn)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們選擇性地阻止了伽馬振蕩，并證明它對大腦與世界的互動(dòng)方式有非常具體的影響。

索爾克大學(xué)教授Sejnowski、Inder Verma和Stephen Heinemann的實(shí)驗(yàn)室合作發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞中鈣信號(hào)的活動(dòng)先于老鼠大腦中的伽瑪振蕩。這表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞可能會(huì)影響這些振蕩。星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元使用許多相同的化學(xué)信號(hào)。

為了驗(yàn)證他們的理論，研究小組使用一種攜帶破傷風(fēng)毒素的病毒來阻止星形膠質(zhì)細(xì)胞選擇性釋放化學(xué)物質(zhì)，從而有效地消除了細(xì)胞與鄰近細(xì)胞的交流能力。神經(jīng)元不受毒素的影響。

研究人員在動(dòng)物的大腦中加入一種化學(xué)物質(zhì)來觸發(fā)伽瑪波后發(fā)現(xiàn)，受損星形膠質(zhì)細(xì)胞的腦組織產(chǎn)生的伽瑪波比含有健康細(xì)胞的組織產(chǎn)生的伽瑪波要短。在添加了三種基因后，研究人員可以隨意選擇性地在星形膠質(zhì)細(xì)胞中打開或關(guān)閉破傷風(fēng)毒素。關(guān)閉毒素可以逆轉(zhuǎn)這種效果。

帶有改良星形膠質(zhì)細(xì)胞的小鼠似乎非常健康。但是經(jīng)過幾次認(rèn)知測試，研究人員發(fā)現(xiàn)他們在一個(gè)主要領(lǐng)域失敗了:新奇的物體識(shí)別。正如預(yù)期的那樣，一只健康的老鼠花在新事物上的時(shí)間比它在熟悉事物上的時(shí)間要多。

相比之下，該小組的新突變小鼠對所有對象的處理都是一樣的。“這是一個(gè)驚人的結(jié)果，因?yàn)樾缕娴奈矬w識(shí)別記憶不僅受損，而且消失了——就好像我們正在刪除這一種記憶形式，而保留其他形式的完整，”Sejnowski說。

結(jié)果令人驚訝，部分原因是星形膠質(zhì)細(xì)胞的工作時(shí)間是一秒或更長，而神經(jīng)元的信號(hào)傳遞速度要快得多，是毫秒級(jí)的。由于速度較慢，沒有人懷疑星形膠質(zhì)細(xì)胞參與了快速?zèng)Q策所需的高速大腦活動(dòng)。

“我認(rèn)為非常獨(dú)特的是，傳統(tǒng)上認(rèn)為只有神經(jīng)元和其他細(xì)胞的監(jiān)護(hù)人和支持者的星形膠質(zhì)細(xì)胞，也參與信息處理和其他認(rèn)知行為，”美國癌癥學(xué)會(huì)(American Cancer Society)教授、遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授維爾馬(Verma)說。

并不是說星形膠質(zhì)細(xì)胞速度快——它們?nèi)匀槐壬窠?jīng)元慢。但是新的證據(jù)表明星形膠質(zhì)細(xì)胞正在積極地為伽馬波的發(fā)生提供合適的環(huán)境，這反過來又使大腦更有可能學(xué)習(xí)和改變其神經(jīng)元連接的強(qiáng)度。

Sejnowski說，行為結(jié)果只是冰山一角。“識(shí)別系統(tǒng)非常重要，”他說，并補(bǔ)充說，它包括識(shí)別其他人、地點(diǎn)、事實(shí)和過去發(fā)生的事情。他補(bǔ)充說，有了這個(gè)新發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們可以更好地理解伽瑪波在識(shí)別記憶中的作用。

合作者包括韓國首爾西江大學(xué)生命科學(xué)系的Hosuk Sean Lee;索爾克分子神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Andrea Ghetti, Gustavo Dziewczapolski和Juan C. Pina-Crespo;葡萄牙里斯本大學(xué)藥理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)研究所、醫(yī)學(xué)院和分子醫(yī)學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所的Antonio Pinto-Duarte;索爾克計(jì)算神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的王欣;意大利薩薩里大學(xué)薩薩里醫(yī)學(xué)院索爾克生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系/生物結(jié)構(gòu)研究中心的弗朗西斯科·加利米;加州拉霍亞市斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)小鼠行為評(píng)估核心項(xiàng)目的薩爾瓦多·惠特倫·雷森迪茲(Salvador huiton - resendiz)和阿曼達(dá)·j·羅伯茨(Amanda J. Roberts)。

索爾克創(chuàng)新支持的工作是格蘭特,卡夫創(chuàng)新研究獎(jiǎng),一個(gè)張Gulbenkian基金會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金,生命科學(xué)研究基金會(huì)輝瑞獎(jiǎng)學(xué)金,大腦和行為研究基金會(huì),邦迪基金會(huì)卡雷拉斯國際白血病基金會(huì),Pew慈善信托基金,國家科學(xué)基金會(huì),霍華德•休斯醫(yī)學(xué)研究所,美國海軍研究辦公室,美國國立衛(wèi)生研究院。