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髓鞘——这一包绕神经纤维的保护膜,早已被认识到在大脑信息传递中起重要作用。不过近日,来自英国伦敦大学学院的科学家们发现,在学习诸如弹奏乐器这些实践技能时,髓鞘这一物质起到了关键作用,但在存储信息方面,就变得无足轻重。
来自大学学院的Bill Richardson教授领导了这项实验。研究成果发表于《科学》(science)杂志。
髓鞘是由髓磷脂组成,并参与构成了中枢神经系统的白质。在成年之前,它由大脑和脊髓生成。髓鞘就像神经纤维的绝缘层,保护神经纤维免受损伤,并使得各种信号能够快速而有效的在神经细胞间传递。
研究团队表示,尽管过去的研究曾经提出髓鞘对学习新技能十分重要。但他们通过试验首次证实了这个结论。
研究人员解释道:有效的学习新技能需要在神经元间形成全新而高速的传导电信号的轴突。研究人员将这一传导路线比作“电线”。信号反复沿轴突传导能够加深神经元间的联系,这就意味着当下次信号再沿原路传导时,神经元会更熟悉信号传导的模式,从而使传导变得更容易。
少突胶质细胞能够产生髓磷脂,它位于神经元附近,能够辨识到反复出现的信号。之后就会产生髓磷脂,形成髓鞘包绕于这条崭新而活跃的“电线”之上。这项研究表明了,这一过程对学习新实践技能至关重要。
抑制细胞产生髓磷脂能够阻止小鼠学习新技能
为了进行实验,Richardson教授和同事对32只使用药物阻断了少突胶质细胞发育的小鼠进行了统计,并将这些小鼠与另外36只正常的小鼠进行了比较。两组小鼠都会学习在一个设置了不规律爬梯的轮子里跑动,研究人员对它们的学习能力进行了监测。
他们发现:两小时后,正常的小鼠实际上学会了如何在轮子里跑动,然而阻断髓磷脂生成的小鼠却未能学会该项技能。
Richardson教授表示:能够如此之快的看出两组小鼠学习在复杂轮子里奔跑能力的不同,也让我们感到十分惊讶。而这正显示了大脑用髓鞘包裹新形成的活性通路的速度之快,以及这一过程对学习能力的提升作用。这种快速的反应暗示了也许大脑中存在有大量的可用的轴突通路,这些通路能够用于特定的信息传递。这些通路能够很快的成熟,成为高效的信号传递通路,并被髓鞘包绕保护。
在另一个实验中,研究人员对已经学会在复杂轮子中奔跑的小鼠,使用了少突胶质细胞阻断药。将这些小鼠重新放回轮子后,他们发现这些小鼠仍能像之前那样在轮子中跑动。这表明,不能产生髓磷脂形成髓鞘,并不会阻碍完成和重复已习得的技能。
Richardson教授认为这个发现“非常激动人心”,并指出这个发现能够引领新的提高学习技能的方法,并未后续研究少突胶质细胞和髓鞘在其它大脑运转过程中的作用(如认知功能)铺平了道路。
他还表示自己迫切的想要研究在学习过程中少突胶质细胞和髓鞘的具体作用过程,以及是否在大脑的某些部位这种变化比大脑别的部位发生的更多。这也许有助于我们解开一些关于大脑在生活中是如何适应和学习的这类未解之谜。