可塑性试验机

星形胶质细胞是大脑中的细胞，长期以来被认为仅仅是神经元的支持细胞。近年来，对星形胶质细胞的研究日益增多，逐渐揭示了星形胶质细胞在脑功能中的重要性。Inserm、CNRS和法国生物跨学科研究中心学院的研究人员现在已经发现了它们在结束出生后大脑可塑性阶段中的关键作用，发现它们是感官和认知能力发展的关键。从长远来看，这些发现将使我们有可能设想出新的策略，在成人中重新引入大脑可塑性，从而促进脑损伤或神经发育障碍后的康复。这项研究已发表在《Science》杂志上。大脑可塑性是出生后的一个短暂的关键时期，在这一时期，大脑根据所接受的外部刺激（环境、相互作用等）重塑神经元的“线路”。这个时期的结束或“结束”标志着神经回路的稳定，与有效的信息处理和正常的认知发展有关。可塑性在未来仍然是可能的，尽管比生命开始时的水平要低得多。20世纪80年代的开创性研究表明，将不成熟的星形胶质细胞移植到成年动物的大脑中，会重新引入一段主要的可塑性时期。Inserm研究员团队和生物学跨学科研究中心从这一过程中获得灵感，揭示了迄今未知的导致可塑性闭合的细胞过程。大脑可塑期出现的问题可能会产生重大的长期后果。例如，如果一个人的眼睛状况使他不能正确地看东西，比如斜视（交叉眼），如果不及时治疗，相应的大脑线路就会永久性地改变。为了弥补这一点，研究人员试图通过确定一种治疗方法来重塑这种连接，这种治疗方法可以重新引入大脑的可塑性，即使大脑已经关闭。为了实现这一点，他们还试图更好地描述这种封闭背后的生物学机制。移植未成熟星形胶质细胞重建脑可塑性通过对小鼠视觉皮层的实验，研究人员表明，不成熟星形胶质细胞的存在是大脑可塑性的关键。随后，星形胶质细胞在可塑期参与中间神经元的发育成熟，最终导致其关闭。这种成熟过程是通过一种涉及连接蛋白30的新机制发生的，研究人员发现在成熟的星形胶质细胞中，连接蛋白30在闭合过程中水平很高。将星形胶质细胞移植到成年小鼠体内能重新引入大脑可塑性吗？为了找到答案，研究人员从幼鼠（1到3天大）的视皮层培养了不成熟的星形胶质细胞。这些不成熟的星形胶质细胞被移植到成年小鼠的初级视皮层，然后在单眼蒙蔽四天后评估视皮层的活动——这是一种用于评估大脑可塑性的标准技术。他们发现，与未接受移植的对照组小鼠不同，移植了未成熟星形胶质细胞的小鼠表现出高度的可塑性。这项研究提醒我们，在神经科学领域，我们不能只关注神经元。胶质细胞是星形胶质细胞的一个亚型，它调节着大脑的大部分功能。我们意识到这些细胞有积极的作用。神经胶质细胞比神经元不那么脆弱，因此是一种更容易作用于大脑的手段。胶质细胞占大脑细胞的一半以上。它们与神经元的细胞谱系不同，功能也有很大的不同。直到最近，它们还被认为是大脑的“清洁剂”，但研究人员意识到它们在释放分子方面也起着积极的作用。与神经元相比，它们发生在大脑发育的后期，不以同样的方式进行交流，并且占主导地位。

经过20世纪生命科学的快速发展，我们对疾病、遗传生命本质等方面的认识都有了长足的进步，但还有一个领域仍有太多的未解之谜困扰着我们，那就是神经科学，我们仍未了解意识是如何产生的？大脑是如何进行认知的？记忆产生的具体机制是什么？当然也包括神经系统相关疾病的发病机制，如阿尔兹海默症的发病机理等等，这些问题的解决对整个人类发展都具有重要意义，科学家也在不断探索，以期获得真相。意识是如何产生的？这是作者最好奇的问题，在作者的观点中意识很大程度上是和记忆相关，记忆已经证实是源于突触的微小改变，脑内电活动的改变引发第二信使分子传递信号，产生突触蛋白的修饰，这些暂时性变化最终转化为突触结构的永久变化后，长时程记忆就产生了。在对记忆的研究过程中人们在海马中发现了记忆产生相关的LTP（长时程增强）和LTD（长时程抑制），因为海马细胞构筑和组成体系简单，且海马可以从大脑中移出切成脑片，在体外可以存活数小时，可以进行电流刺激并记录突触反应，因此成为研究突触传递的理想部位。▲ 图1：海马微环路我们的身体是一个整体，激素、外界刺激、大脑活动等都会影响我们的记忆产生，在《The FASEB Journal》期刊杂志上发表的一篇题为《Rapid actions of anti‐Müllerian hormone in regulating synaptic transmission and long‐term synaptic plasticity in the hippocampus》的文章就将激素与大脑认知发育和功能联系了起来，分析了抗缪勒氏管激素(Amh)与突触传递及突触可塑性的关系。研究人员通过PCR、Western Blot检测Amh基因及其受体在雄性和雌性小鼠海马中的表达情况，同时采用ECHO正倒置一体荧光显微镜对免疫荧光染色材料观察其真实表达情况（如下图）。图中可以看出，CA1神经元的胞体和树突均为Amh阳性(图2A,C)，而仅在CA3神经元胞体出现Amh阳性染色(图2E,G)。Amhr2在CA1(图2B,C)和CA3(图2F,G)的表达模式与Amh相似。表明Amhr2与Amh在神经元胞体和树突共定位(图2D,H)。▲ 图2：anti-Müllerian激素(Amh)和配体特异性II型受体(Amhr2)在小鼠海马中的蛋白定位。冠状切片使用荧光标记，Amh(红色 A、E) Amhr2(绿色 B,F)和DAPI(核染色 蓝色 C、G)。在每个面板的左上角插入框中显示了框区域的高倍图像。A和E显示阿蒙氏角(cornu Ammonis, CA) 1和CA3 对Amh染色阳性。B、F显示CA1、CA3对Amhr2染色阳性。D和H显示 Amh-和amhr2阳性染色共定位于细胞体和树突(箭头)。进一步分析发现，外源Amh蛋白增加了突触传递和长期突触可塑性。Amh暴露也增加了CA1突触的兴奋性突触后电位。这些结果表明，Amh可能在学习和记忆方面发挥作用，并可能是认知发育和功能的性别差异的原因。Echo Revolve正倒置一体显微镜Echo Revolve展现了其非凡的灵活性，可以轻松地实现正置和倒置显微镜转换，创新性地把正倒置显微镜合二为一，开启了显微镜Hybrid时代。▲ Echo Revolve正倒置一体显微镜☑ 视网膜屏显示技术：比拟目镜人眼观察效果。☑ 全视野观察： 更清晰，更方便。☑ 多通道荧光：多达4个EPI荧光通道，无须暗室，就可以轻松快速地完成多色荧光显微分析。☑ 自动化操作：通过iPad Pro点触操控相机及荧光通道之间的切换，实现了完全自动化操作。☑ App应用软件：基于IOS的Echo App是与Apple团队合作研发的专业显微镜软件。☑ 精湛的工艺尽显高端品质：实现非凡的性能。｜申请试用｜我们的仪器可以申请试用哦！扫描下方二维码关注“深蓝云生物科技”公众号，点击“云活动”→“试用中心”即可。

韩国科学技术研究院（KIST）神经形态工程中心研究团队宣布开发出一种能进行高度可靠神经形态计算的人工突触半导体器件，解决了神经形态半导体器件忆阻器长期存在的模拟突触特性、可塑性和信息保存方面的局限。研究成果近日发表在《自然通讯》杂志上。模仿人脑的神经拟态计算系统技术应运而生，克服了现有冯诺依曼计算方法功耗过大的局限。实现使用大脑信息传输方法的半导体器件需要一种能表达各种突触连接强度的高性能模拟人工突触装置。当神经元产生尖峰信号时，这种方法使用神经元之间传输的信号。KIST团队微调了活性电极离子的氧化还原特性，以解决阻碍现有神经形态半导体器件性能的小突触可塑性。研究团队在突触装置中掺杂和使用各种过渡金属，以控制活性电极离子的还原概率。研究发现，离子的高还原概率是开发高性能人工突触装置的关键变量。因此，研究团队将具有高离子还原概率的钛过渡金属引入现有的人工突触装置中。这保持了突触的模拟特性和生物大脑突触处的设备可塑性，大约是高电阻和低电阻之间差异的5倍。此外，他们开发了一种高性能的神经形态半导体，其效率大约提高了50倍。此外，由于掺杂钛过渡金属的高合金形成反应性，与现有的人工突触装置相比，信息保留率提高了63倍。此外，包括长期增强和长期抑郁的大脑功能可更精确地模拟。该团队使用开发的人工突触设备实现了人工神经网络学习模式，并尝试了人工智能图像识别学习。结果，与现有的人工突触装置相比，错误率降低了60%以上；此外，手写图像模式识别准确率提高了69%以上。研究团队通过这种改进的人工突触装置证实了高性能神经形态计算系统的可行性。