麻省理工学院神经科学家的一项新研究揭示了果蝇中看似相似的神经元亚型是如何驱动运动的，当大脑的命令被传递到肌肉纤维时，发现了意想不到的多样性。

　　一系列的实验揭示了两种神经细胞之间的巨大差异——一个神经元争先恐后地适应另一个神经元的不同变化，但在环境相反的情况下却得不到回报。

　　发表在《神经科学杂志》上的研究结果表明，这些神经元亚类在人类和许多其他动物中也大量存在，它们对变化的反应倾向表现出一种以前未被认识到的多样性，这是一种被称为“突触可塑性”的关键特性。

　　突触可塑性被认为是学习和记忆在大脑中发生的重要机制，而这一过程的异常可能是自闭症等疾病的核心。

　　利特尔顿也是皮考尔学习学院的成员

　　这两种神经元的工作方式是一样的，通过释放神经递质谷氨酸到它们与肌肉的连接或突触上。

　　但这两个神经元以不同的方式进行。“滋补”神经元只与单个肌肉相连，当肌肉活跃时，它以恒定但低的速率释放谷氨酸。

　　与此同时，“相位”神经元连接到整个肌肉群，并以强烈的快速脉冲活动进入肌肉活动。

　　在这项研究中，Littleton和主要作者Nicole Aponte-Santiago很想探索这些不同的神经元是竞争还是合作来驱动肌肉纤维，以及当它们的功能改变时，它们是否表现出不同的可塑性。

　　为了开始最终成为她的论文研究，Aponte-Santiago开发了一种方法，专门针对两个神经元中的每一个进行基因改变。

　　Aponte-Santiago今年春天早些时候在利特尔顿的实验室获得博士学位，现在是加州大学旧金山分校的博士后，她说:“我们之所以能够回答这些问题，首先是因为我们制造了一些工具，可以开始对一个神经元和另一个神经元进行不同的操作，或者标记一个神经元和另一个神经元。”

　　Aponte-Santiago利用每个神经元的遗传途径，对它们进行了清晰的标记，观察它们在果蝇幼虫中发育的过程。她发现紧张性神经元首先到达肌肉，相性神经元随后连接到肌肉。

　　她还观察到，与哺乳动物不同的是，这些神经元并没有竞争控制肌肉，而是肩并肩地站在一起，每个神经元都以其独特的方式贡献驱动运动所需的总电活动。

　　为了研究神经元的可塑性，Aponte-Santiago对每个神经元进行了两次操作。她要么通过让它们表达一种叫做“死神”的致命蛋白质来彻底消灭它们，要么通过表达破伤风毒素来大幅降低它们的谷氨酸活性。

　　当她用死神消灭阶段性神经元时，强直神经元迅速加强了信号传导，试图尽可能多地进行补偿。但在她清除了强直神经元的果蝇中，相性神经元根本没有动，继续像什么都没变一样。

　　同样，当Aponte-Santiago用毒素降低了相相神经元的活性时，强直性神经元增加了其突触中的钮扣和活动区结构的数量，以对失去伴侣做出反应。

　　但是当她减少强直神经元的活动时，相神经元似乎也没有反应。在所有的实验中，肌肉从神经元得到的整体驱动比正常情况下要少。

　　虽然相相神经元显然不会费心去弥补强直神经元的任何损失，但强直神经元采用不同的方式来补偿——要么增加信号传导，要么增加与肌肉的连接数量——这取决于相相神经元的减少程度。

　　“Nicole发现，当相位输入不存在时，强直性神经元表现出一种独特的可塑性，这非常有趣，”Littleton说，“但是如果相位神经元存在并且不工作，强直性神经元的行为方式就会非常不同。”

　　利特尔顿说，这项研究的另一个有趣的方面是肌肉本身的作用，它可能是可塑性的积极中介。

　　神经元可能感觉不到彼此被消灭或失去活性。相反，肌肉似乎要求这些改变。

　　利特尔顿说:“尽管肌肉有两种不同的输入，但它可以独特地控制这两种输入。”

　　“当肌肉获得谷氨酸时，它知道它是来自强直神经元还是相位神经元吗?它会在意吗?”它似乎很在意，比起相位，它更需要主音。

　　当相位消失时，它会改变一些可塑性，但当主音消失时，相位就无能为力了。”

　　在新的工作中，该实验室正在研究两种神经元之间基因表达的差异，以确定哪些蛋白质负责强直和相位神经元的独特特性和可塑性。

　　通过定义其独特特性的遗传基础，实验室希望开始掌握大脑中神经元多样性的分子基础。