我们在一生中收集的信息——比如上班的最快路线，或者朋友新伴侣的名字——都储存在突触中。在成人大脑中，新的突触被认为是根据需要从零开始形成的，或者是通过修改现有的连接形成的。现在，11月30日发表在《自然》杂志上的一项研究揭示了大量现成的“沉默突触”，它们在神经元刺激下成熟。
沉默突触是一种完整的神经元连接，缺乏一种关键的信号蛋白——ampa受体，这使得它们不活跃。它们被认为是早期发育所特有的，因为之前的研究发现，当老鼠成年后，这种沉默的连接就会消失。但研究人员可能一直在寻找错误的地方。在幼龄动物中，无声突触是由被称为树突棘的较大突起形成的。但根据这项新研究，在成年人身上，它们可以在被称为丝状结构的末端找到。
研究丝状足的想法纯属偶然。在之前的一项研究中，研究小组使用蛋白质组的表位放大分析(eMAP)来拍摄树突棘的超高分辨率图像，以研究它们上的神经递质受体的变化是否解释了神经元反应的差异，麻省理工学院的神经科学家Mark Harnett说。在这项研究中，他们惊讶地发现树枝上充满了丝状足。“到处都是丝状足，”哈尼特说。
研究人员发现突触的主要方法之一是通过改造小鼠，使其具有基本蛋白质的荧光版本，然后使用显微镜寻找它们。但是丝状足的直径只有几百纳米，所以上面的微小突触蛋白排列得太紧，无法用标准的显微镜技术成像——其他蛋白质挤在它们上面，阻碍了视觉信号。eMAP的工作原理是用蛋白质单体填充细胞，就像那些用来吸收尿布里液体的蛋白质单体一样。单体形成交联，将蛋白质嵌入网状结构中，当加入溶液时，网状结构会膨胀。这种扩张物理地分离组织中的蛋白质，使它们在显微镜下可见。
在这项新研究中，研究人员在表达荧光标记的突触蛋白的小鼠的大脑视觉皮层切片上使用了这种技术，然后在其他大脑区域使用了这种技术。他们发现丝状足的尖端确实覆盖着ampa缺陷突触。没有AMPA，突触就不能被激活，因为受体清除了镁离子，而镁离子阻碍了其他受体在突触传递中不可或缺的作用。
他们还意识到丝状足比他们预期的要广泛得多。它们遍布大脑，含量比之前描述的高十倍，构成了给定树突分支上30%的突起。这表明成年小鼠大脑中有相似比例的突触是沉默的，等待被激活。
为了证实突触实际上是沉默的，研究人员在丝状足的尖端释放神经递质谷氨酸，以模仿邻近神经元的活动。树突棘上的突触对电活动的爆发有反应，而丝状足上的突触则没有反应。当研究小组把镁离子从同样的丝状足上洗掉时——通常是由ampa激活的非阻断受体——沉默的突触释放出一股电流。
匹兹堡大学(University of Pittsburgh)没有参与这项研究的神经科学家闫东(音)说，“直接证明”成年小鼠中存在大量“沉默突触”，“这是一个重大进步”。Dong的研究小组之前已经为可卡因成瘾的成年小鼠提供了沉默突触的潜在证据:用电极刺激突触不会产生反应，但是当药物被停药时，AMPA受体聚集在突触上并对电刺激做出反应。但在如此密集的区域，研究人员可能无意中激活了其他细胞，所以证据是间接的。“在神经科学研究中，只有亲眼所见，你才会相信，”他补充道。
然后，研究人员更进一步，通过向ampa缺乏的神经元注入电流，同时将谷氨酸注入其丝状足，使突触恢复沉默。这模拟了由沉默突触连接的两个神经元同时放电。仅仅经过几轮刺激，AMPA受体就聚集在突触膜上，丝状足开始像树突脊柱一样。然而，在树突棘上进行同样的实验却没有效果。
没有参与这项研究的哈佛大学神经系统科学家格雷格·舒克内希特说，研究结果表明，成人大脑的可塑性比以前认为的要大得多。他补充说，这表明“有巨大的电路重塑能力”。
研究人员说，这项研究可能解释了大脑如何能够在不牺牲现有联系的情况下学习新事物。大脑使用不同突触的能力“解决了可塑性和灵活性的难题，”哈内特说。如果所有的大脑突触都是灵活的，那么你就不能保存旧的信息。但如果它们都是稳定的，那么就很难学习新事物。相反，大脑两者兼而有之:有刺的突触保持稳定性，丝状足保持灵活性。
但是，哈尼特的研究小组不再把树突划分为不同的类别，而是开始把它们看作是一个连续体，从一端的丝状突起到另一端的成熟突起。“这是一个成熟度，强度和可塑性的光谱，”研究作者Dimitra Vardalaki说，他是哈尼特实验室的博士候选人。
研究人员现在正在人脑组织中寻找沉默突触。他们感兴趣的是观察它们是否像老鼠一样丰富，以及它们的数量是否随着年龄的增长而变化。“如果我们能弄清楚一些调节丝状足数量的分子机制，或者它们是如何转变成突触的，我们就有可能想到提高老年人认知灵活性的治疗方法，”哈尼特说。
