塔夫茨大學醫學院的研究人員發現了一種以前未知的星形膠質細胞所執行的功能，這種類型的細胞佔大腦中所有細胞的近一半。據研究人員稱，在小鼠身上發現被稱為星形膠質細胞的新功能，為神經科學研究開闢了一條全新的途徑，可能導致對各種疾病的治療，從癲癇到阿爾茨海默病到創傷性腦損傷。
這一切都歸結為星形膠質細胞如何與神經元互動，神經元是大腦和神經系統的基本細胞，接收來自外部世界的輸入。通過一套複雜的電和化學信號，神經元在大腦的不同區域之間以及大腦和神經系統的其他部分之間傳遞信息。
直到現在，科學家們認為星形膠質細胞是重要的。星形膠質細胞“指導”軸突的生長，軸突是神經元細長的突起，用於傳導電脈衝。它們還控制着神經遞質，這些化學物質使整個大腦和神經系統的電信號得以傳遞。此外，星形膠質細胞建立血腦屏障，並對傷害作出反應。
但它們似乎並不像所有重要的神經元那樣具有電活性，直到現在。
根據4月28日發表在《自然神經科學》上一篇論文，通訊作者、塔夫茨大學醫學院和生物醫學研究生院的神經科學副教授Chris Dulla說：“星形膠質細胞的電活動改變了神經元的功能。我們發現了一種大腦中兩個最重要的細胞相互‘交談’的新方式。由於對大腦如何工作有太多的未知，發現控制大腦功能的新的基本過程是開發神經系統疾病新療法的關鍵。”
除了Dulla和主要作者Moritz Armbruster之外，該研究的其他作者包括塔夫茨大學醫學院的Saptarnab Naskar、Mary Sommer、Elliot Kim和Philip G. Haydon；塔夫茨生物醫學研究生院細胞、分子和發育生物學項目的Jacqueline P. Garcia；以及其他機構的研究人員。
為了做出這一發現，該團隊使用了全新的技術來設計一種技術，使他們能夠看到並研究腦細胞相互作用的電特性，而這在以前是無法觀察到的。
“有了這些新工具，我們基本上發現了生物學的全新方面，”醫學院神經科學研究副教授Armbruster說。“隨着更好的工具的出現–例如，新的熒光傳感器正在不斷開發–我們將更好地了解我們以前甚至沒有想到的事情。”
“新技術用光來成像電活動，”Dulla解釋說。“神經元的電活動非常活躍，新技術使我們能夠看到星形膠質細胞的電活動也是如此。”
Dulla將星形膠質細胞描述為“確保大腦中一切正常，如果出了問題，如果有傷害或病毒感染，它們會檢測到它，試圖做出反應，然後試圖保護大腦免受傷害。我們接下來要做的是確定當這些侮辱發生時，星形膠質細胞如何變化”。
神經元之間的“交流”是通過釋放稱為神經遞質的化學物質進行的。科學家們知道，星形膠質細胞控制着神經遞質，幫助確保神經元保持健康和活躍。但新研究顯示，神經元也會釋放鉀離子，從而改變星形膠質細胞的電活動以及它控制神經遞質的方式。
“因此，神經元正在控制星形膠質細胞正在做什麼，它們來回‘溝通’。”他說：“神經元和星形膠質細胞以一種以前不知道的方式相互‘交談’。”
星形膠質細胞-神經元串擾的發現提出了許多問題，即在大腦病理以及學習和記憶的發展中，相互作用是如何發揮作用的。他說：“這讓我們重新思考星形細胞所做的一切，以及星形膠質細胞具有電活性這一事實如何可能影響到廣泛的神經系統疾病。”
例如，在阿爾茨海默病中，星形膠質細胞不控制神經遞質，儘管那是它們的基本工作，Dulla解釋說。創傷性腦損傷和癲癇也會出現類似問題。多年來，科學家們認為也許問題是由一種蛋白質的缺失造成的，或者是由一種突變導致蛋白質不能發揮作用。
Armbruster說：“細胞外鉀在大腦中的堆積，已經被假設為是導致癲癇和偏頭痛病症的原因。這項新研究使我們更好地了解星形膠質細胞如何清除這種積聚並幫助維持興奮的平衡。”
研究人員現在正在篩選現有的藥物，看看它們是否能夠操縱神經元-星形細胞的相互作用。“通過這樣做，我們是否有一天可以幫助人們更快、更好地學習？我們能否在腦損傷發生時修復它？”Dulla問道。
用於這一發現的新技術不僅開闢了思考星形膠質細胞活動的新途徑，還為通過大腦進行活動成像提供了新方法。在此之前，沒有辦法對大腦中的鉀活動進行成像，例如，或者研究鉀如何參與睡眠、新陳代謝或大腦中的損傷和感染。
他說：“我們正在把這些工具交給其他實驗室，這樣他們就可以使用同樣的檢測方法和技術來研究他們感興趣的問題。科學家們正在獲得研究頭痛、呼吸、發育障礙和廣泛的不同神經系統疾病的工具。”