Nature展现大脑中的平衡艺术

加州大学圣迭戈医学院的科学家们，发现了大脑维持内部平衡的一个基础机制，这一成果于六月二十二日提前发表在Nature杂志的网站上。

大脑中的神经元会收到大量来自兴奋神经元的刺激信号，同时也会收到抑制神经元发送的信号。研究人员指出， 对于接收信号的单个神经元而言，这两种信号的总量需要保持一个恒定的比例，即E/I比。

研究显示，在小鼠大脑皮层的神经元中，给定时间的E/I比是一个常数。由于哺乳动物的大脑基础结构在种属之间高度保守，很可能人类大脑也存在着这样的情况。

“大脑中的神经元同时受到刹车和加速装置的控制，”文章的共同作者，Massimo Scanziani教授说。“也就是说，你不可能纯粹通过兴奋性神经元或抑制性神经元来进行刺激。”

“兴奋性信号和抑制性信号处于一场拉锯战中，这虽然看起来很奇怪，但实际上却非常巧妙。在此基础上，大脑能够极其微妙地控制神经元对刺激的应答。”Scanziani说。举例来说，刺激和抑制一直彼此关联，就可以避免神经元出现永久性活化或沉默（抑制）。

研究人员通过实验揭示了，大脑维持E/I比的具体机制。他们发现，这种调控是由抑制性神经元执行的，抑制性神经元会根据兴奋性刺激，适当地增强或削弱抑制性突触。突触是两个神经元之间的连接处，信号在此处被放大的程度就是突触强度。

“我们的研究显示，抑制性神经元是大脑中的主要调控者，负责确保抑制性突触与细胞收到的兴奋性刺激相匹配，”Scanziani解释道。举例来说，如果一个神经细胞收到的兴奋性刺激加倍了，那么在几天内抑制性突触的强度也会随之翻番。

研究人员认为，自闭症、癫痫和精神分裂症等神经疾病都与大脑保持理想E/I比的能力有关。此外，帕金森症、亨廷顿舞蹈病等一些神经退行性疾病，也很可能与E/I平衡发生改变有关。

“E/I平衡被打破，会完全改变我们对世界的感知，”Scanziani说。“我们将无法正确调节和适应日常生活中的各种刺激。E/I失衡最容易在社交互动中引起注意，因为社交活动需要特别微妙的神经元调节。”

研究的第一作者Minghan Xue指出，“现在我们知道了正常到脑调控E/I平衡的具体机制，可以着手解决疾病状态中出现的相关问题，为通过治疗手段恢复大脑平衡奠定基础。”