今日，頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以封面論文的形式，介紹了一項(xiàng)重要的工作。由來自英國、法國、以及瑞典的科學(xué)家們以單突觸的分辨率，分析了小鼠大腦的50億個“興奮性突觸”的分子與形態(tài)特征！這項(xiàng)工程浩大的研究拓展了我們對突觸的認(rèn)知，其結(jié)果也有望讓我們更好地理解在生命的不同階段，智力、記憶、行為等會出現(xiàn)怎樣的變化。

圖片來源：Zhen Qiu, Mélissa Cizeron, and Seth Grant, Edinburgh University

《科學(xué)》的專文評述指出，在人類大腦的新皮質(zhì)里，有100兆個突觸，每一個突觸都是一個復(fù)雜的實(shí)體，內(nèi)含數(shù)千種不同的信號傳輸?shù)鞍住Ｄ軌蚋闱暹@些不同的突觸的功能與變化，對于理解大腦的功能，有著重要意義。

在本研究里，科學(xué)家們使用小鼠為模型，從出生到中老年，劃定了10個時(shí)間節(jié)點(diǎn)（最小1天，最大18個月），然后觀察突觸會發(fā)生哪些變化。為了便于觀察，研究人員們使用了兩種突觸后神經(jīng)元里的結(jié)構(gòu)蛋白（SAP102與PSD95），并給它們加上了熒光標(biāo)簽。理論上講，由于絕大多數(shù)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸通常都帶有這兩種蛋白，因此對它們進(jìn)行標(biāo)記，足以用來找到絕大多數(shù)的突觸。

根據(jù)這兩種結(jié)構(gòu)蛋白的表達(dá)，以及突觸的分子與形態(tài)特征，研究人員們把小鼠的突觸分為三個類型，37個亞型。不同類型和亞型的突觸，在大腦的不同區(qū)域也各自有自己喜好的地盤。

▲不同的突觸信號蛋白（圖片來源：參考資料[2]）

通過分析，研究人員們發(fā)現(xiàn)，這些突觸隨著年齡的變化，也會出現(xiàn)一系列變化。而這些突觸的密度變化，依照每一個腦區(qū)的發(fā)育過程，也會略有不同。比如腦干的突觸密度較大腦而言，會更早達(dá)到峰值。這也與腦干在早期發(fā)育過程中所扮演的重要角色具有一致性。

隨著小鼠年齡的逐漸變大，從3個月到18個月，大部分腦區(qū)的突觸密度出現(xiàn)顯著減少。為了更好地理解這一變化帶來的影響，研究人員們把注意力集中在海馬區(qū)，這是與學(xué)習(xí)和記憶密切相關(guān)的一個腦區(qū)。有意思的是，這兩類用來標(biāo)記突觸結(jié)構(gòu)的蛋白，卻隨著時(shí)間推移（1周，3個月，18個月），出現(xiàn)了不同的變化——PSD95變化較明顯，而SAP102的水平則更穩(wěn)定。這也表明這個區(qū)域的突觸，的確會隨著變老而出現(xiàn)變化。這可能會影響到神經(jīng)活動的活性與功能。

▲海馬區(qū)的突觸隨著年齡增長，會出現(xiàn)變化（圖片來源：參考資料[1]）

研究人員們在論文最后指出，這項(xiàng)對于突觸的“人口普查”，有助于讓我們在大腦發(fā)育的不同時(shí)間與地點(diǎn)，研究突觸的變化，以及相應(yīng)的行為改變。對于大腦發(fā)育、衰老、以及大腦疾病，他們的工作也帶來了重要的研究工具。

參考資料：

[1] Mélissa Cizeron et al., (2020), A brainwide atlas of synapses across the mouse life span, Science, DOI: 10.1126/science.aba3163

[2] Kristina D. Micheva et al., (2020), A synapse census for the ages, Science, DOI: 10.1126/science.abc9555