PLoS Biol：挑战常规！抑制性神经递质γ-氨基丁酸也能发挥着激活神经元的作用

在一项新的研究中，来自美国西北大学的研究人员发现一种以前被认为只能镇静神经元的神经递质也可能起到唤醒神经元的作用，这一发现挑战了教科书上关于神经元如何在大脑中相互沟通的观点。相关研究结果近期发表在PLoS Biology期刊上，论文标题为“GABAergic regulation of striatal spiny projection neurons depends upon their activity state”。

γ-氨基丁酸（GABA）被认为是大脑中主要的抑制性神经递质，它抑制神经细胞通过化学信息与其他神经细胞交流的能力。GABA 被认为在许多（如果不是所有）大脑功能中发挥作用，通常被描述为与谷氨酸（大脑中最丰富的兴奋性神经递质）相对立。

论文通讯作者、西北大学神经科学系主任D. James Surmeier 博士说，根据这项新的研究，GABA 可以根据具体情况抑制或兴奋神经元。

Surmeier说，“教科书以黑白分明的方式对待突触传递。谷氨酸能突触传递是兴奋性的，GABA 能突触传递是抑制性的。我们的研究表明，至少对纹状体棘突投射神经元（striatal spiny projection neuron）来说，情况比这更复杂。”

在这项新的研究中，这些作者观察了纹状体棘突投射神经元，这类神经元占纹状体细胞的95%，其中纹状体是大脑中参与决策功能的区域，包括运动控制、情感和习惯形成。通过使用非侵入性的穿孔贴片记录技术观察纹状体棘突投射神经元的活动，他们发现，GABA可以“唤醒”处于静息状态的神经元，使它们为谷氨酸的输入做好准备。

Surmeier说，“我们认为，GABA可以激活正在‘沉睡’的神经元。GABA可以‘开启’神经元，而人们一直认为只有谷氨酸可以做到这一点。一旦一个细胞注意到其他细胞对它说的话，它就能在纹状体回路中完成自己的任务。”

图片来自PLoS Biology, 2024, doi:10.1371/journal.pbio.3002483

Surmeier说，GABA的抑制性质只有在神经元接近峰值阈值时才会发挥作用。这样，GABA 就能确保这些细胞只对最强、最显著的输入做出反应，从而减少“神经噪音”。这是GABA作用的传统模式。

Surmeier说，“我们的研究为纹状体回路的工作方式提供了一个更加细致入微的视角。该领域的大多数人只是简单地认为，GABA 会关闭神经元和回路，而谷氨酸会使它们兴奋。”

Surmeier说，GABA多重作用的发现要求人们重新思考GABA作为一种严格意义上的抑制性神经递质的分类，并对人工智能技术产生了更广泛的影响，因为人工智能技术在很大程度上是基于神经元如何相互交流的过于简单的模型。

Surmeier说，“机器学习和人工智能所基于的神经网络模型并不能反映我们今天对大脑回路的了解。它们没有捕捉到单个神经元的计算复杂性，也不知道它们是如何沟通的。大脑中的两种主要神经递质之一在不同的大脑状态下会产生不同的功能后果，这一事实对于如果要模拟人类智能，应该如何设计人工网络具有真正的意义。”

展望未来，Surmeier和他的合作者们将继续研究GABA对纹状体棘突投射神经元的影响，以及帕金森病和亨廷顿病等疾病是如何改变这种相互作用的。

Surmeier说，“在这些疾病中，大脑回路以非常不同的方式发生了改变；帕金森病和亨廷顿病都涉及到运动功能障碍和纹状体的病理生理学。我们正试图确定这些神经元间回路对这种功能障碍的贡献。事实证明，至少在帕金森病模型中，GABA 能回路开始以我们意想不到的方式重新连接起来。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Michelle Day et al. GABAergic regulation of striatal spiny projection neurons depends upon their activity state. PLoS Biology, 2024, doi:10.1371/journal.pbio.3002483.

A calming neurotransmitter can also be excitatory, study finds
https://medicalxpress.com/news/2024-02-calming-neurotransmitter-excitatory.html