科学家们早就知道，学习需要钙流入和流出脑细胞。但哥伦比亚祖克曼研究所的研究人员现在发现，来自神经元内部的大量钙也可以促进学习。这一发现来自对老鼠如何记住他们探索的新地方的研究。
今天发表在《科学》杂志上的这项新研究并不建议你应该喝更多富含钙的牛奶来通过数学课。它提供了对学习和记忆基础机制的更好理解：有助于阐明阿尔茨海默病等疾病的知识。
我们在这项新工作中研究的细胞位于海马体中，这是受阿尔茨海默病影响的第一个大脑区域。了解允许这些脑细胞编码记忆的基本原理将为了解这种疾病的问题提供巨大的见解。”
Franck Polleux，博士，哥伦比亚大学祖克曼研究所首席研究员
大脑的学习和记忆能力——从我们的第一句话和第一步到我们停车或留下钥匙的地方——取决于神经元相互连接的间隙，称为突触。随着时间的推移，细胞交换信息的突触可以被修改。这种体验的延展性，称为可塑性，依赖于钙离子在大脑中的流动方式。
几乎所有关于钙在可塑性中所起的作用的研究都集中在它如何通过神经元表面的通道冲进和冲出突触。二十多年来，科学家们一直怀疑神经元内的钙储备也可能在塑造可塑性方面发挥重要作用。但直到现在，科学家们还没有办法研究从这些内部水库中排出的钙对哺乳动物大脑的影响。
“很长一段时间以来，没有好的工具可以真正探测活体动物的这种细胞内钙释放，”Polleux 实验室的博士后研究员和第一作者 Justin O'Hare 博士说。 Attila Losonczy，医学博士，博士，哥伦比亚 Zuckerman 研究所。
在对老鼠的新研究中，Polleux 实验室和 Losonczy 实验室专注于海马体，这是大脑中记忆中心的海马形区域。具体来说，科学家们分析了金字塔形神经元，这些神经元可以编码海马区 CA1 中的位置记忆，称为位置细胞。
“位置细胞是我们不仅可以创建世界地图的关键工具之一，而且还可以将一个地方与某物联系起来，例如奖励、颜色、气味、任何东西，”Polleux 博士说，他也是一名研究人员。哥伦比亚瓦格洛斯内科外科学院神经科学教授。“最大的问题是，‘这些细胞是怎么做到的?’”
为了回答这个问题，研究人员让老鼠在跑步机上跑步，皮带由三种不同的织物制成，并饰有亮片、毛茸茸的绒球和其他装饰品。这些装饰提供了关于腰带上特定位置的视觉和触觉感官提示。这些小鼠大脑中的位置细胞已经过基因改造，可以响应激光而开启，这种技术被称为光遗传学。这使研究人员能够将这些位置细胞调整到皮带上的特定位置。
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