3月22日，《PLoS生物學(xué)》（PLoS Biology）發(fā)表上海生科院神經(jīng)所舒友生研究組的最新成果：大腦皮層維持興奮和抑制動(dòng)態(tài)平衡的新機(jī)制，即神經(jīng)元的膜電位水平可以調(diào)控反饋抑制的強(qiáng)度。該工作由朱潔、江漫、楊明坡和侯晗等合作完成。同期的PLoS Biology發(fā)表了題為“在皮層網(wǎng)絡(luò)中尋找平衡”（Finding Balance in Cortical Networks）的評(píng)論，對(duì)這項(xiàng)工作進(jìn)行了專門(mén)介紹。

大腦皮層各種功能的正常發(fā)揮依賴于皮層中興奮和抑制的動(dòng)態(tài)平衡。在皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，興奮性的錐體神經(jīng)元和抑制性的中間神經(jīng)元通過(guò)突觸結(jié)構(gòu)形成局部神經(jīng)環(huán)路，這些環(huán)路是皮層中興奮－抑制平衡的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。一般認(rèn)為，興奮性神經(jīng)元發(fā)放的動(dòng)作電位（數(shù)碼信號(hào)）沿軸突傳導(dǎo)至突觸前膜，通過(guò)突觸傳遞在抑制性神經(jīng)元上產(chǎn)生興奮性突觸后電位（EPSP），如果達(dá)到特定的發(fā)放閾值，抑制性神經(jīng)元會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作電位并在其支配的興奮性神經(jīng)元上產(chǎn)生抑制性突觸后電位（IPSP），從而反饋抑制興奮性神經(jīng)元。大腦皮層的電活動(dòng)狀態(tài)與行為息息相關(guān)，那么皮層又是如何在不同的電活動(dòng)狀態(tài)下（即當(dāng)神經(jīng)元處于不同的膜電位水平時(shí)）維持興奮－抑制的動(dòng)態(tài)平衡呢？

朱潔等在離體腦薄片上應(yīng)用膜片鉗技術(shù)同時(shí)記錄多個(gè)皮層神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)反饋性抑制受到突觸前錐體神經(jīng)元膜電位的調(diào)控：錐體神經(jīng)元的閾下膜電位去極化（興奮性提高）可增強(qiáng)其動(dòng)作電位在突觸后錐體神經(jīng)元上引起的雙突觸IPSP（抑制性增強(qiáng)）。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，雙突觸IPSP的增強(qiáng)是由抑制性中間神經(jīng)元所介導(dǎo)：突觸前去極化增大動(dòng)作電位在抑制性中間神經(jīng)元上誘發(fā)的EPSP（膜電位依賴的模擬信號(hào)），并使其發(fā)放動(dòng)作電位的概率和數(shù)目增加，從而介導(dǎo)IPSP的增強(qiáng)。這種膜電位依賴的EPSP和IPSP的變化由軸突D-電流（一種快激活但緩慢失活的鉀電流）所介導(dǎo)。該研究揭示了大腦皮層動(dòng)態(tài)維持其網(wǎng)絡(luò)中興奮和抑制平衡的新機(jī)制。由于皮層中這一平衡的破壞與癲癇、精神分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)，這項(xiàng)研究成果可為相關(guān)疾病的臨床治療提供新思路。

該研究得到了中國(guó)科學(xué)院、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委等項(xiàng)目的資助。