一个多世纪以来，神经科学家已经知道，神经细胞会通过它们之间的小缝隙相互交谈，信息会通过谷氨酸，多巴胺和5-羟色胺等神经递质通过突触传递。然后，神经递质激活接收神经元上的受体以传达兴奋性或抑制性信息。
但是，除了基本构想之外，关于大脑功能的这一关键方面如何发生的细节仍然难以捉摸。现在，马里兰大学医学院(UM SOM)的科学家进行的新研究首次阐明了此过程的体系结构的详细信息。该论文发表在《自然》杂志上
为了可视化突触的亚微观尺度(跨度为百万分之几英寸)上的特征，研究人员转向了一种称为单分子成像的创新技术，该技术可以定位和跟踪单个蛋白质分子在脑膜内的运动。单个突触，甚至在活细胞中。使用这种方法，科学家们在神经传递过程中发现了意想不到的精确模式。研究人员研究了培养的大鼠突触，其在总体结构上与人突触非常相似。
生理学系副教授，执行这项工作的组长Thomas Blanpied博士说：“我们正在看到前所未有的事物。这是一个全新的研究领域。”“多年来，我们已经掌握了突触中发现的多种分子的列表，但这并没有使我们深入地了解这些分子如何相互配合，或者该过程如何在结构上真正起作用。现在使用单分子成像来绘制许多关键蛋白的位置，我们终于能够揭示突触的核心结构。”
在论文中，Blanpied描述了此体系结构的意外方面，这可以解释为什么突触如此有效，但在疾病期间也容易被破坏：在每个突触中，关键蛋白都非常精确地组织在细胞间隙之间。Blanpied说：“神经元比将神经递质分子的释放定位在其受体附近的想象要好。”“两个不同神经元中的蛋白质以难以置信的精确度对齐，几乎在两个细胞之间形成了一个延伸的柱。”这种接近度优化了传输的功率，并且还提出了可以修改此传输的新方法。
理解这种体系结构将有助于弄清大脑内部的通信方式，或者在精神疾病或神经系统疾病的情况下，它如何失效。Blanpied还专注于“粘附分子”的活性，“粘附分子”从一个细胞延伸到另一个细胞，并且可能是“纳米柱”的重要组成部分。他怀疑，如果粘附分子没有正确地放置在突触上，突触结构将被破坏，神经递质将无法发挥作用。坦率地说，至少在某些疾病中，问题可能是即使大脑中神经递质的数量适当，突触也不能有效地传递这些分子。
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