神经科学家揭示了无可操作性的性质和培养

这是用不同颜色标记的脑皮层神经元的“脑袋”。

“自然和培育是一个方便的单词的词汇，因为它在两个不同的头部下分开了一个人格的无数元素。大自然是一个男人带着自己带来的世界;培育是没有这种影响而不会影响他的生命后。“ - 1874年Charles Darwin的弟兄尔顿，哥斯丁，1874年。

这是最终塑造人类的自然还是培养？是行动和行为的基因或环境的结果吗？跨越千年的无数哲学家和科学家们探讨了这些问题的变化。然而，随着生物学家继续更好地了解脑功能的机制，越来越明显，这种长争论的二分法可能根本没有二分法。

在自然界中发表的一项研究中，来自哈佛医学院的神经科学家和系统生物学家揭示了在小鼠大脑中有多么不可理解的性质和培养。使用HMS开发的新型技术，该团队研究了单一的感官经验如何通过在暴露于光线之前和之后的小鼠视觉皮层中的超过114,000个辛酸细胞来影响大脑中的基因表达。

他们的发现揭示了所有细胞类型的基因表达变化的戏剧性和佩戴的景观，涉及611种不同的基因，许多与神经连通性和大脑重新缠绕学习和适应的能力。

结果探讨了持续只毫秒的神经元活动突发如何突出大脑的持续变化，以及开放探索的新领域，以了解大脑如何工作。

“从某种意义上说，我们发现的是惊人的。为了响应视觉刺激，Visual Cortex中的几乎每个细胞都以不同的方式响应，“Nathan Marsh Pesyy of HMS神经生物学系神经病学教授迈克尔格林伯格（Nathan Marsh Pesyy教授）说。

“这实质上地解决了关于大自然和培育的长假问题：是什么基因或环境？这两者都是，这就是他们如何聚集在一起，“他说。

其中一个

神经科学家已知触摸或声音，代谢变化，伤害和其他环境经验的刺激感觉体验 - 可以引发大脑内的遗传程序的激活。

由大量不同的细胞组成，大脑取决于一个复杂的蜂窝功能核心函数来执行其任务。科学家长期以来一直试图了解史的细胞如何应对各种刺激。然而，由于技术局限性，先前的遗传研究主要集中在细胞的混合群体上，掩盖了细胞行为中的危重细微差异。

为了建立一个更全面的画面，格林伯格与合作作者Bernardo Sabatini，HMS，HMS助理系统生物学助理教授Alice和Rodman W. Moorhead III教授。

由Greenberg Lab的博士生博士生Sinisa Hrvatin，Daniel Hochbaum，Sabatini Lab和M. Aurel Nagy的博士生博士博士博士，一名MD-Phd Lab，研究人员首次填写了鼠的博士生安静的黑暗是控制视觉的大脑的区域。

然后它们将小鼠暴露在光线下，并研究了它如何影响大脑内的基因。使用被称为Indrops的Klein Lab开发的技术，他们跟踪了在曝光前后成千上万的近千次杀虫细胞接通或关闭了哪些基因。

该团队在视觉皮质 - 既神经元的所有细胞类型中都有明显的曝光后基因表达的显着变化，并且出乎意料地，非生物细胞，如星形胶质细胞，巨噬细胞和血管中血管中的血管。

例如，大约50％至70％的兴奋神经元，无论其位置还是功能如何，都表现出变化。值得注意的是，作者表示，大部分非神经元细胞 - 几乎是所有星形胶质细胞的一半，例如 - 也表现出变化。

该团队在曝光后鉴定了成千上万的基因，并且在曝光后的表达模式改变，并且具有至少两倍的611个基因增加或减少。

这些基因中的许多基因已经与大脑中的结构重塑相关联，这表明几乎整个视觉皮层，包括血管系统和肌肉细胞类型，可能会因感官体验而经过遗传控制的重新兴奋。

神经科学家之间存在一些争议，过基因表达是否可以在功能上控制神经元之间的可塑性或连接性。

“我认为我们的学习强烈建议是这种情况，而且每个细胞都有一个独特的遗传计划，该计划是针对神经回路内给定细胞的功能而定制的，”格林伯格说。

问题Goldmine.

作者说，这些调查结果打开了广泛的途径，以进行进一步研究。例如，遗传程序如何影响特定细胞类型的功能，它们如何在生命中早期或之后变化以及这些程序中的功能障碍如何有助于疾病，这一切都可以帮助科学家更多地了解大脑的基本工作。

“经验和环境刺激似乎几乎不断影响到整个大脑的基因表达和功能。Greenberg表示，这可以帮助我们了解需要大脑中需要长期变化的学习和记忆形成的过程，这些过程是如何从彼此的短暂的电力活动的短暂突发。“格林伯格说。

根据Greenberg的说法，一个特别有趣的询问区域包括控制基因表达以应对感官体验的调节元素。在今年早些时候在分子细胞出版的论文中，他和他的团队探讨了FOS / Jun蛋白复合物的活动，该活动在大脑中许多不同的细胞类型表达，但似乎调节了每个不同细胞类型的独特节目。

研究人员说，鉴定控制基因表达的调控元件至关重要，因为它们可能会涉及从一种人类脑功能的脑功能差异，并且研究人员也可能是自闭症，精神分裂症和双相疾病等疾病。

“我们坐在一个问题上的金矿可以帮助我们更好地了解大脑的作品，”格林伯格说。“并且有一个探索的整个领域等待被击倒。”

出版物：Sinisa hrvatin等，“小鼠视觉皮层经验依赖转录组的单细胞分析”，“自然神经科学，第21卷，第120-129（2018）DOI：10.1038 / S41593-017-0029-5