如果你想要記住一首詩(shī)，掌握吉他即興演奏，或者只是養(yǎng)成良好的習(xí)慣，重復(fù)就會(huì)很有用。然而，當(dāng)這種行為變得強(qiáng)迫時(shí)，它可能妨礙正常生活 - 有時(shí)在諸如圖雷特綜合征和自閉癥譜系障礙等精神疾病中觀察到障礙?，F(xiàn)在，洛克菲勒的科學(xué)家已經(jīng)確定了一條大腦回路，它是蠕蟲(chóng)重復(fù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)現(xiàn)可能最終揭示人類(lèi)的類(lèi)似行為。

研究微觀蛔蟲(chóng)C. elegans，研究人員發(fā)現(xiàn)，一種蛋白質(zhì)的缺陷會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物一遍又一遍地重新定向。在Nature Communications中描述，這些觀察結(jié)果得到了之前小鼠研究的支持，并表明類(lèi)似的機(jī)制可能會(huì)驅(qū)動(dòng)一系列動(dòng)物(包括人類(lèi))的重復(fù)行為。

科學(xué)家們最初開(kāi)始了解星形膠質(zhì)細(xì)胞，在哺乳動(dòng)物大腦中發(fā)現(xiàn)的星形細(xì)胞如何幫助神經(jīng)元完成它們的工作。人們認(rèn)為星形膠質(zhì)細(xì)胞除其他外還負(fù)責(zé)處理突觸中過(guò)量的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)，即神經(jīng)元之間的連接。這項(xiàng)任務(wù)至關(guān)重要，因?yàn)槿绻患皶r(shí)清除化學(xué)物質(zhì)，它們會(huì)以意想不到的方式刺激神經(jīng)元，破壞正常的大腦功能。為了更好地理解這一過(guò)程，Shai Shaham實(shí)驗(yàn)室的研究助理Menachem Katz研究了C. elegansCEPsh神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，他懷疑它是星形膠質(zhì)細(xì)胞的蠕蟲(chóng)。

確認(rèn)這種懷疑，Katz，Shaham及其同事使用mRNA測(cè)序顯示小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞和CEPsh膠質(zhì)細(xì)胞具有相似的遺傳特征。在其他共性中，兩種細(xì)胞類(lèi)型都產(chǎn)生蛋白質(zhì)GLT-1，其哺乳動(dòng)物形式負(fù)責(zé)清除化學(xué)谷氨酸遠(yuǎn)離突觸。Shaham說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)為研究人員提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)來(lái)定義星形膠質(zhì)細(xì)胞和GLT-1的工作原理。

“科學(xué)家多年來(lái)一直試圖了解星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能，而在哺乳動(dòng)物中，這并不容易，因?yàn)檫@些細(xì)胞對(duì)于保持神經(jīng)元存活至關(guān)重要，”他說(shuō)。“但在秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)中只有四個(gè)CEPsh神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，它們不是神經(jīng)元存活所必需的。這使我們能夠研究谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的特定作用，而不必?fù)?dān)心神經(jīng)元病的副作用。”

為此，研究人員創(chuàng)造了缺乏GLT-1的秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)。令人驚訝的是，這種消耗不會(huì)導(dǎo)致突觸中的谷氨酸積累，如預(yù)期的那樣。相反，蠕蟲(chóng)表現(xiàn)出突觸谷氨酸水平的振蕩 - 以及一種特殊的行為缺陷。

“這些動(dòng)物以瘋狂的速度改變了方向。他們只是繼續(xù)前進(jìn)，后退，前進(jìn)和后退，”理查德·薩洛蒙家庭教授沙哈姆說(shuō)。“當(dāng)我們分析這種行為時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它們是以一種非常有趣的模式實(shí)現(xiàn)的。”

C.線(xiàn)蟲(chóng)不時(shí)地改變路線(xiàn)是完全正常的。通常，蠕蟲(chóng)每90秒重新定位一次。但是蠕蟲(chóng)而缺少GLT-1，研究人員發(fā)現(xiàn)，采取這一行動(dòng)到了極致：在90秒的時(shí)間間隔的動(dòng)物不執(zhí)行一個(gè)逆轉(zhuǎn)，但他們的陣陣。“就好像一旦他們開(kāi)始行動(dòng)，他們就不能停止重復(fù)，”卡茨說(shuō)。轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，谷氨酸受體MGL-2的去除阻斷了重復(fù)逆轉(zhuǎn)和突觸谷氨酸振蕩。研究人員得出結(jié)論，當(dāng)谷氨酸沒(méi)有被有效清除時(shí)，這種化學(xué)物質(zhì)會(huì)刺激MGL-2，從而引發(fā)更多的谷氨酸釋放。然后這個(gè)過(guò)程循環(huán)重復(fù);每次谷氨酸釋放，它都會(huì)激活負(fù)責(zé)啟動(dòng)逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)元。

“這些研究結(jié)果表明了一種簡(jiǎn)單的模型，可以解釋蠕蟲(chóng)如何發(fā)生重復(fù)，”Katz說(shuō)。“事實(shí)證明，這種模式可能會(huì)在更復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)中起作用。”

實(shí)際上，過(guò)去的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明GLT-1突變導(dǎo)致小鼠中的重復(fù)梳理，并且阻斷小鼠版本的MGL-2的化合物在其他情況下消除了類(lèi)似的行為。結(jié)合秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)的新發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)研究表明，異常的谷氨酸分泌可能成為動(dòng)物王國(guó)重復(fù)行為的基礎(chǔ) - 提高它們可能與理解人類(lèi)病理學(xué)重復(fù)有關(guān)。

與這一觀點(diǎn)相一致的是，人類(lèi)遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)迫癥和孤獨(dú)癥譜系障礙患者的谷氨酸信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)突變，這兩種情況都伴隨著重復(fù)行為。

“我們很高興看到科學(xué)文獻(xiàn)中的這些聯(lián)系，因?yàn)檫@意味著我們的研究結(jié)果可能有助于揭示一類(lèi)重要的人類(lèi)疾病潛在機(jī)制，”Shaham說(shuō)。“而且，更廣泛地說(shuō)，我們發(fā)現(xiàn)可以在更簡(jiǎn)單的蠕蟲(chóng)中研究和驗(yàn)證受人類(lèi)疾病影響的候選基因。”