科技日報

科技日報記者 張佳欣

美國艾倫研究所和霍華德·休斯醫學研究所科學家通過蛋白質工程技術，改造出一種特殊蛋白，名為iGluSnFR4，這是一種分子級“谷氨酸指示器”，可用于實時觀察大腦中神經元的交流過程。這一成果有助破譯大腦隱藏的“語言”，加深對其復雜神經回路運作方式的理解。相關成果發表于新一期《自然·方法》雜志。

在大腦中，數十億個神經元通過沿著其分支狀的軸突傳遞電脈沖，相互“交流”。當電信號到達軸突末端——突觸時，它們無法跨越間隙到達下一個腦細胞。但電信號會觸發化學信使的釋放，也就是神經遞質。其中，谷氨酸就是最常見的一種，在記憶、學習和情緒中起著至關重要的作用。谷氨酸被釋放到突觸中，從而促使下一個腦細胞依次放電。

這一過程有點像一排倒下的多米諾骨牌，但復雜得多。每個神經元都會接收來自成千上萬個其他神經元的輸入，而正是這些輸入神經元放電的特定模式和組合，決定了下一個（接收）神經元是否會放電。

在以往的研究中，科學家只能記錄神經元發出的信號，也就是它們“說了什么”，而無法真正“聽到”神經元在接收什么。這些輸入信號既微弱又迅速，在單個突觸層面幾乎無法捕捉。iGluSnFR4的出現解決了這一難題。其對谷氨酸極為敏感，能檢測大腦中神經元之間最微弱的輸入信號，使科學家“聽到”神經元接收到的信息，為解析支撐學習、記憶和情緒的復雜電活動級聯過程提供了新途徑。

此外，谷氨酸信號異常與阿爾茨海默病、精神分裂癥、自閉癥和癲癇等多種神經系統疾病相關。科學家可利用iGluSnFR4更精確地觀測突觸活動，從而深入研究這些疾病的發生機制。

總編輯圈點

這一分子級“谷氨酸指示器”，猶如人類放入大腦的一臺靈敏的收音器。神經元通過電脈沖進行交流，但以前人類只知道它們“說”了什么，卻不知道接收信號的神經元究竟“聽”到了什么。缺少對信息接收端的了解，也就無法獲得腦內神經元交流的全貌。其實，谷氨酸信號異常與多種腦類疾病相關，新工具讓我們第一次清晰“聽”到大腦內部最微觀、最基礎的信息交流過程。破譯腦內交流的密碼，也有助于我們理解大腦和腦部疾病的發生機制。