當你期待某樣東西時——比如你在餐館點的菜——或者當某樣東西吸引了你的興趣時，獨特的電子節(jié)奏就會在你的大腦中閃現(xiàn)。

這些波被稱為伽馬振蕩，它們反映了細胞的交響樂——興奮性和抑制性——以一種協(xié)調的方式一起演奏。盡管伽瑪波的作用還存在爭議，但它與較高水平的大腦功能有關，這種模式的紊亂與精神分裂癥、阿爾茨海默氏癥、自閉癥、癲癇和其他疾病有關。

現(xiàn)在，索爾克研究所的新研究表明，大腦中鮮為人知的支持細胞，即星形膠質細胞，實際上可能是控制這些波的主要角色。

在7月28日發(fā)表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一項研究中，索爾克大學的研究人員報告了一項新的、出人意料的策略，通過使傳統(tǒng)上被認為在大腦中發(fā)揮更大支持作用的星形細胞類型失去功能，而不是神經(jīng)元，來抑制伽馬振蕩。在這個過程中，研究小組發(fā)現(xiàn)星形膠質細胞，以及它們幫助形成的伽馬振蕩，對某些記憶形式至關重要。

“這可以被稱為確鑿的證據(jù)，”合著者泰倫斯·塞諾維斯基(Terrence Sejnowski)說。塞諾斯基是索爾克生物科學研究所(Salk Institute for Biological Sciences)計算神經(jīng)生物學實驗室的負責人，也是霍華德·休斯醫(yī)學研究所(Howard Hughes Medical Institute)的研究員。有數(shù)百篇論文將伽馬振蕩與注意力和記憶聯(lián)系起來，但它們都是相互關聯(lián)的。這是我們第一次能夠做一個因果實驗，在這個實驗中，我們選擇性地阻止了伽馬振蕩，并證明它對大腦與世界的互動方式有非常具體的影響。

索爾克大學教授Sejnowski、Inder Verma和Stephen Heinemann的實驗室合作發(fā)現(xiàn)，星形膠質細胞中鈣信號的活動先于老鼠大腦中的伽瑪振蕩。這表明，星形膠質細胞可能會影響這些振蕩。星形膠質細胞與神經(jīng)元使用許多相同的化學信號。

為了驗證他們的理論，研究小組使用一種攜帶破傷風毒素的病毒來阻止星形膠質細胞選擇性釋放化學物質，從而有效地消除了細胞與鄰近細胞的交流能力。神經(jīng)元不受毒素的影響。

研究人員在動物的大腦中加入一種化學物質來觸發(fā)伽瑪波后發(fā)現(xiàn)，受損星形膠質細胞的腦組織產(chǎn)生的伽瑪波比含有健康細胞的組織產(chǎn)生的伽瑪波要短。在添加了三種基因后，研究人員可以隨意選擇性地在星形膠質細胞中打開或關閉破傷風毒素。關閉毒素可以逆轉這種效果。

帶有改良星形膠質細胞的小鼠似乎非常健康。但是經(jīng)過幾次認知測試，研究人員發(fā)現(xiàn)他們在一個主要領域失敗了:新奇的物體識別。正如預期的那樣，一只健康的老鼠花在新事物上的時間比它在熟悉事物上的時間要多。

相比之下，該小組的新突變小鼠對所有對象的處理都是一樣的。“這是一個驚人的結果，因為新奇的物體識別記憶不僅受損，而且消失了——就好像我們正在刪除這一種記憶形式，而保留其他形式的完整，”Sejnowski說。

結果令人驚訝，部分原因是星形膠質細胞的工作時間是一秒或更長，而神經(jīng)元的信號傳遞速度要快得多，是毫秒級的。由于速度較慢，沒有人懷疑星形膠質細胞參與了快速決策所需的高速大腦活動。

“我認為非常獨特的是，傳統(tǒng)上認為只有神經(jīng)元和其他細胞的監(jiān)護人和支持者的星形膠質細胞，也參與信息處理和其他認知行為，”美國癌癥學會(American Cancer Society)教授、遺傳學實驗室教授維爾馬(Verma)說。

并不是說星形膠質細胞速度快——它們仍然比神經(jīng)元慢。但是新的證據(jù)表明星形膠質細胞正在積極地為伽馬波的發(fā)生提供合適的環(huán)境，這反過來又使大腦更有可能學習和改變其神經(jīng)元連接的強度。

Sejnowski說，行為結果只是冰山一角。“識別系統(tǒng)非常重要，”他說，并補充說，它包括識別其他人、地點、事實和過去發(fā)生的事情。他補充說，有了這個新發(fā)現(xiàn)，科學家們可以更好地理解伽瑪波在識別記憶中的作用。

合作者包括韓國首爾西江大學生命科學系的Hosuk Sean Lee;索爾克分子神經(jīng)生物學實驗室的Andrea Ghetti, Gustavo Dziewczapolski和Juan C. Pina-Crespo;葡萄牙里斯本大學藥理學和神經(jīng)科學研究所、醫(yī)學院和分子醫(yī)學神經(jīng)科學研究所的Antonio Pinto-Duarte;索爾克計算神經(jīng)生物學實驗室的王欣;意大利薩薩里大學薩薩里醫(yī)學院索爾克生物醫(yī)學科學系/生物結構研究中心的弗朗西斯科·加利米;加州拉霍亞市斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)小鼠行為評估核心項目的薩爾瓦多·惠特倫·雷森迪茲(Salvador huiton - resendiz)和阿曼達·j·羅伯茨(Amanda J. Roberts)。

索爾克創(chuàng)新支持的工作是格蘭特,卡夫創(chuàng)新研究獎,一個張Gulbenkian基金會獎學金,生命科學研究基金會輝瑞獎學金,大腦和行為研究基金會,邦迪基金會卡雷拉斯國際白血病基金會,Pew慈善信托基金,國家科學基金會,霍華德•休斯醫(yī)學研究所,美國海軍研究辦公室,美國國立衛(wèi)生研究院。