在他祖父因车祸遭受脊髓损伤后，Chris Dulla 想知道他受伤的脑细胞将如何自我修复。因此，当 Dulla 在二十年前医学院学习时，得知被称为星形胶质细胞的星形脑细胞支持神经元，并在损伤反应和恢复中发挥着至关重要的作用，他感到有义务深入研究这个课题。
Dulla 目前是塔夫茨大学神经科学副教授，他现在发现了一种这些细胞的基本特征，这可能会改变我们对大脑的理解。最近的研究表明，星形胶质细胞不仅仅像科学家之前认为的那样起到支撑结构的作用。相反，它们是电活跃的，并与神经元持续通信，Dulla 和他的同事们在 《自然-神经科学》 的一项研究中报告了这一点。这一发现可能为精神分裂症和阿尔茨海默病等疾病带来创新疗法。
星形细胞
星形胶质细胞是一类数量众多的脑细胞，其数量是神经元的五倍多。研究 已显示，除了支持神经元外，它们还调节神经递质，对损伤作出反应，并帮助大脑愈合。
以前，星形胶质细胞被认为是电中性的。研究人员认为，只有在癫痫发作或创伤性脑损伤等极端情况下，星形胶质细胞才会发生去极化（或由于正离子流增加而变得电活跃）。
但有时，“最令人兴奋的事物来自于那些说不通的数据，”Dulla 说。几年前，他的团队在研究一种叫做谷氨酸的神经递质时遇到了这种情况，谷氨酸是一种神经元用来向其他细胞发送信号的天然分子。他们发现，在神经元活动期间，谷氨酸分子从神经末梢的去除速度非常慢。
这个观察结果没有太大意义。Dulla 说，大脑有大量的谷氨酸转运蛋白分子，几乎可以携带无限量的神经递质。有什么东西干扰了谷氨酸转运蛋白分子，但还不清楚是什么。后来，他的团队的工作暗示了一个可能的解释：也许星形胶质细胞是电活跃的。“但当时，没有工具可以问这个问题，”他说。
新工具来救援
因此，Dulla 和他的团队发挥了创意。他们向小鼠大脑注射了一种病毒，这种病毒他们设计用于感染星形胶质细胞并触发荧光蛋白。当星形胶质细胞去极化时，该蛋白质的亮度会发生变化。
研究人员解剖了大脑，将其保存在培养皿中，并切成薄片，这些薄片仍然可以接收营养和氧气。然后，团队用显微镜对切片进行聚焦，点亮它，并拍摄星形胶质细胞的照片，以观察荧光蛋白亮度变化。通过分析光线和亮度的变化，他们可以测量星形胶质细胞的电活动。
该论文的发现——星形胶质细胞确实是电活跃的——揭示了神经元和星形胶质细胞之间交流的一种新方式。“这真是一次有趣的实验和发现，因为它为理解大脑功能打开了一个全新的途径，”Dulla 说。
星形胶质细胞作为一个网络系统运行，可以与具有相同电压的电网相媲美。星形胶质细胞网络内的电压变化（或缺乏变化）也可以解释大脑功能的基础和高级水平。“这项研究通过使用创新工具取得的技术突破……证实了过去的猜测，”俄亥俄州立大学的神经科学家 Min Zhou 说。
当星形胶质细胞去极化时，它们可以激活其他蛋白质。但到目前为止，研究人员从未真正考虑过这种可能性，因为他们一开始就不认为星形胶质细胞能够做到这一点。“所以现在我们知道了，这让我们不得不回顾它们如何受到电活动的影响，”Dulla 说。
当星形胶质细胞去极化时，它们会抑制谷氨酸转运蛋白，从而增加谷氨酸水平。相对高浓度的谷氨酸在各种神经系统疾病中很常见，如阿尔茨海默病、创伤性脑损伤、癫痫和精神分裂症。“所以我们正在尝试鉴定可以增加谷氨酸摄取并增强星形胶质细胞清除谷氨酸能力的新药物，”Dulla 解释说。“而那个领域进展甚微，因为我们认为我们还没有理解基本的生物学。”
未来治疗？
神经元之间称为突触的连接强度与学习和记忆有关。韩国基础科学研究所的神经科学家 Koh Wuhyun 表示，每个星形胶质细胞都与超过 10 万个突触接触，他并未参与当前的研究。事实上，以往在小鼠身上的实验表明，星形胶质细胞会影响认知能力、空间学习和记忆形成。
研究人员推测，这项新研究也可能带来改善学习能力的疗法，因为星形胶质细胞和神经元通信系统可能在这个过程中起着至关重要的作用。“所以，如果你能让星形胶质细胞和神经元更紧密、更快速、或更准确地交流，那么你甚至可能让大脑更好地学习，”Dulla 说。
