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神经科学家发现模式完成的新学习规则

“一起火,一起电线”是著名的赫布规则的缩写版本。它指出大脑中的神经元在学习过程中进行适应,这种机制称为神经元可塑性。Hebb 的理论可以追溯到 20 世纪 40 年代,随后的神经科学研究进一步证实了这一理论。今天,我们还知道,不同的因素发挥着关键作用,例如放电时间、活动顺序和功能连接,因为尖端技术允许以非凡的精度检查亚细胞过程。

最近,奥地利科学技术研究所(IST Austria)的科学家发现了一种针对海马体中特定类型的兴奋性突触连接的新学习规则。他们的研究现已于 5 月 13 日发表在著名期刊《自然通讯》上。这些突触位于所谓的海马体 CA3 区域,该区域对于大脑中空间信息的存储和回忆起着至关重要的作用。它的标志特性之一是记忆回忆甚至可以由不完整的线索触发。这使得网络能够完成神经元活动模式,这种现象称为模式完成。

Peter Jonas 教授和他的团队,包括博士后 José Guzmán 和博士生 Rajiv Mishra,研究了如何调整神经元之间的连接强度,同时考虑到放电神经元的相对时间。在神经科学中,这被称为尖峰时间依赖性可塑性或 STDP。根据 STDP 规则,神经元 A 必须在神经元 B 之前触发,以便突触连接随着时间的推移而变得更强。在相反顺序的情况下(神经元 B 在神经元 A 之前放电),神经元之间的连接可能会变弱。

然而,与这一规则明显相反的是,乔纳斯教授的团队在实验中发现,相反的顺序也会导致所研究的突触(CA3-CA3 周期性兴奋性突触)之间的联系更强。令人惊讶的是,增强的发生与发射顺序无关。那么,如果序列对于这些特定的突触并不重要,为什么会出现这种情况呢?

为了解决这个问题,作者以极高的精度进行了各种尖端测量。其中包括用于控制哪些神经元在何时放电的膜片钳记录、在突触可塑性中发挥关键作用的钙分子成像以及树突中电信号的亚细胞记录。所有数据都产生相同的对称求和曲线。因此,不寻常的增强诱导曲线是由钙信号传导的特性产生的,而这又可以通过树突中电信号传导的特征来解释。

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