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研究揭示了大脑的基本结构是如何形成的

人脑由排列成微观列的神经元组成。皮层是大多数脑功能的基础,是大脑的最大部分,被分为不可数的微柱。然而,这种柱状结构的确切发展对神经科学家来说是难以捉摸的。由Makoto Sato领导的研究小组最近报告了他们的研究,描述了特定蛋白质在这些色谱柱生长中的作用。

横跨金泽大学,龙谷大学,东京工业大学和伦敦帝国理工学院的团队使用黑腹果蝇(果蝇)大脑进行实验。果蝇大脑的视觉中心与人类大脑的柱状排列具有很高的结构相似性,使其成为一个相反但又简单的研究模型。为了首先显示这些柱子,映射了神经系统特异性蛋白质N-钙粘蛋白(Ncad)。Ncad的空间位置显示,在苍蝇的幼虫阶段,视觉中心包含甜甜圈状结构。随着苍蝇成熟到蛹阶段,这些结构开始堆叠在彼此之上并且确实转变成三维柱。

最后,为了观察Ncad是否直接影响柱状排列,它在神经元中被完全去除或大大增加。正如预期的那样,对Ncad的操纵扰乱了柱状组件和神经元的位置。例如,没有任何Ncad的R7神经元不再位于核心内。然而,当Ncad在其中大大增加时,R8和Mi1神经元向核心延伸,可能是由于Ncad的强粘附性质。然后研究小组仔细分析了这些色谱柱,发现其中存在三种神经元类型,即R7,R8和Mi1。

当R7集中在柱的中心核心时,R8和Mi1朝向外围排列。既然结构组成清楚,那么理解柱形成的过程就是下一步。人们怀疑,大量出现在栏目中的Ncad在这方面发挥了作用。当在所有三种神经元类型中测量Ncad时,发现R7神经元比外周神经元含有更多的Ncad。由于已知Ncad具有细胞粘附特性,因此研究小组得出结论,Ncad的水平决定了柱内每种神经元类型的位置。重度粘性神经元如R7形成了柱的核心。

这项研究揭示了粘附蛋白在安排神经元形成大脑柱状微结构中的作用。[Ncad依赖]差异粘附和层间相互作用可能是从飞蝇视神经到哺乳动物大脑进化保守的三维组织形成的基本机制,“研究人员总结说。这一发现可以帮助神经科学家监测健康发展大脑和揭示过程中涉及的其他分子。

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