在大脑中发现的化学信号过滤器

　　治疗阿尔茨海默病或癫癎可能会有新的手段

　　于利希2009年7月15日-阿尔茨海默病发生之初是缺乏了一种名为乙酰胆碱化学物质。因此搞清楚这种物质在大脑中的作用非常非常重要。正是在这个问题上，于利希研究中心的德克.弗尔德迈耶梅亚教授(Dirk Feldmeyer) 弗赖堡大学的艾曼纽尔.埃格曼博士(Emmanuel Eggermann)现在有了重要进展。他们发现，-跟过去想象的相反-大脑中的乙酰胆碱并非对所有的神经细胞都是增强其信号传递。相反：乙酰胆碱在大脑皮层的第四层功能只有抑制神经细胞的唯一作用。他们研究结果刚刚发表在《美国国家科学院院报》上。

　　这两位研究者重点研究了大鼠大脑皮质的第四层细胞，因为这些细胞在感官印象的信号处理方面具有关键作用。这一层(L4神经元)兴奋的神经细胞构成了来自丘脑的信号通往大脑的“门户”。丘脑则是收集所有身体和感官信息的大脑部位。兴奋的神经元约占全部神经元的80%，它们可以向其他神经细胞传递一种化学信号，该信号导致更强的活以及进一步的信号传输。

　　L4神经元不仅向对大脑皮层的其他细胞层发出信号，另外也通过一个反馈回路传回自身。因此许多科学家至今认为，L4神经元的主要任务只是增强来自丘脑的输入信号。此外，所有以前的研究表明，大脑中乙酰胆碱的作用只是加强所有兴奋神经细胞之间的信号传递，因为在觉醒尤其是注意力高度集中的时候，大脑中乙酰胆碱的浓度会增加。然而乙酰胆碱对于L4神经元的作用则从未被研究过。

　　埃格曼与费尔德迈耶做了此项研究却得到令人惊讶的结果：专就大脑第四层的兴奋的神经元而言，乙酰胆碱不仅不增强信号传递相反是抑制的作用。两位科研人员同时证实，乙酰胆碱在其他皮层的兴奋神经元之间起的是增强信号传输的作用。

　　这表明对于大脑中乙酰胆碱的作用应该做比过去细得多的研究。埃格曼和费尔德迈耶从结果中得到的结论是，兴奋的L4神经元的主要作用并不是增强信号，而是反过来过滤来自丘脑的弱信号，经由L4神经元传递的信号随即再被乙酰胆碱所强化。研究人员认为这种结构有助于提高信号的信噪比，以确保大脑所需的信息不会被干扰信号所淹没。

　　在接下来的实验中费尔德迈耶和埃格曼澄清了乙酰胆碱何以在L4层细胞具有与大脑皮质其他细胞层全然不同的影响。在那些细胞层，乙酰胆碱会通过一种叫作M1亚型的肌肉乙酰胆碱受体细胞而与细胞相生关联。通过添加一种眼药水所含成分Tropicamid，两位科研人员业已证实，在L4神经元中的乙酰胆碱通过M4亚型而结合的。Tropicamid可以占用M4受体，从而阻断乙酰胆碱的作用。

　　埃格曼和费尔德迈耶的发现可能有助于找到一种新的治疗脑部疾病的手段，这些病与乙酰胆碱的分泌失调密切相关，比如阿尔茨海默病和精神分裂症。因为相比过去假设，现在起作用的是不同受体，因而可能通过新的治疗方案进行选择性的干预。当然从现在的基础研究到开发出实用的治疗方案，前面的道路仍然非常漫长。

　　费尔德迈耶和埃格曼就是在如图所示大鼠脑皮层的截面上进行的实验。