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神经生物学|一个神经细胞像1400个单个细胞一样工作

2019/4/30 19:50:28??????点击:


图|© MPI of Neurobiology / Meier

CT1是不同的。一般来说,神经细胞从许多突触前细胞(presynaptic cells)接收输入,处理信号,并将其输出传递给下游细胞。然而,在细胞CT1中,大约1400个细胞区域中的每一个都像一个单独的神经元一样工作。这使得CT1能够从果蝇复眼的各个方面获取信息,并在局部帮助计算运动方向。利用细胞的计算机模型,来自Max Planck神经生物学研究所的Alexander Borst和Matthias Meier发现,CT1已经达到了生物物理学的极限。

“那真是个神奇的细胞!”这是Matthias Meier向他展示结果时Alexander Borst的第一印象。这两位神经生物学家共同证明了哺乳动物视网膜中的无长突细胞(amacrine cells)也可能存在的问题:单个神经细胞中可能存在许多孤立的微电路。

Borst和Meier研究了果蝇的视觉系统,果蝇的复眼由大约700个面组成。CT1接触每个连接到大脑这些面的细胞柱。此外,CT1的突触到达两个不同的大脑区域,负责处理光明或黑暗的边缘。因此,CT1与大约1400个脑区域连接。然而,这会破坏整个系统。每一个细胞柱都处理由“它们的”侧面感知的光的变化。如果柱的信号混合,则下游单元格的整个图像信息将丢失。

正如果蝇所看到的,图像信息的丢失似乎不是问题。两位神经生物学家证明CT1的每个接触区域都是一个电隔离的独立功能单元。这些单元中的每一个都从其关联柱接收输入,并将其输出返回到同一柱。钙测量和计算机模拟表明,本质上,相邻单元之间或与细胞体之间没有相互干扰。

为了使细胞单元彼此电隔离,它们的连接应该薄且长,这会增加电阻。CT1通过直径仅100纳米的连接实现了这一点。此外,“连接电缆”通常形成回路。这样,相邻单元之间的连接长度大约是桥接距离所需长度的10倍?!惫竽灾械牧硬豢赡鼙涞酶』蚋?,”Borst说。

为什么CT1与大多数其他细胞如此不同仍是个谜?!彼攘讼赴?,但这肯定不是唯一的原因,”Matthias Meier思道?!叭绻钦庋幕?,那么这种巨大的无长突细胞就不会如此罕见了?!钡侥壳拔?,只有极少数的细胞已知具有这种结构。其中,CT1是一个极端的例子,果蝇脑中只有两个这样的细胞,每个半球一个。

科学家们还不确定CT1的确切功能。CT1亚单位的输出到T4或T5细胞,这取决于它们的位置。它们计算着果蝇眼睛前面移动的图像方向。有趣的是,CT1细胞只靠它们的一半树突专门针对运动敏感的T4和T5细胞。因此,CT1如何影响运动视觉是Max Planck神经生物学家想要研究的下一个问题之一。


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