大脑基础知识:3d之家元的生与死

大脑基础知识:3d之家元的生与死

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介绍
3d之家元的架构
出生时间
移民
差异化
死亡
通过研究希望


介绍

直到最近,大多数3d之家科学家还认为我们天生就有我们将拥有的所有3d之家元。小时候,我们可能会产生一些新的3d之家元,以帮助建立通路-称为3d之家回路-充当大脑不同区域之间的信息高速公路。但是科学家认为,一旦3d之家回路到位,添加任何新的3d之家元都会破坏信息流并破坏大脑的通讯系统。

1962年,科学家约瑟夫·奥特曼(Joseph Altman)在成年大鼠大脑海马区看到3d之家发生(3d之家元的诞生)的证据时,对这一观点提出了挑战。他后来报道说,新生的3d之家元从其出生地海马迁移到大脑的其他部位。 1979年,另一位科学家迈克尔·卡普兰(Michael Kaplan)在大鼠大脑中证实了奥特曼的发现,并于1983年在成年猴的前脑中发现了3d之家前体细胞。

这些关于成年大脑3d之家发生的发现,令其他研究人员感到惊讶,他们认为在人类中不可能如此。但是在1980年代初期,一位试图了解鸟类如何学会唱歌的科学家建议,3d之家科学家再次关注成年大脑中的3d之家发生,并开始发现它可能是有道理的。费尔南多·诺特伯(Fernando Nottebohm)及其研究小组进行了一系列实验,结果表明,在交配季节,雄性金丝雀前脑中的3d之家元数量急剧增加。在同一时间,鸟类不得不学习新歌以吸引雌性。

为什么这些鸟脑在如此关键的学习时间内添加3d之家元?诺特博姆认为,这是因为新鲜的3d之家元帮助在前脑的3d之家回路(控制复杂行为的大脑区域)中存储了新的歌曲模式。这些新的3d之家元使学习成为可能。如果鸟类制造出新的3d之家元来帮助他们记忆和学习,诺特博姆认为哺乳动物的大脑也可能如此。

其他科学家认为这些发现不适用于哺乳动物,但是伊丽莎白·古尔德(Elizabeth Gould)后来在猴子的大脑不同区域发现了新生3d之家元的证据,弗雷德·盖奇(Fred Gage)和彼得·埃里克森(Peter Eriksson)表明,成年人类大脑在相似区域产生了新的3d之家元。

对于某些3d之家科学家而言,成年大脑中的3d之家发生仍然是未经证实的理论。但是其他人认为,证据为成人生成的3d之家元在学习和记忆中的作用提供了有趣的可能性。

3d之家元
3d之家元

3d之家元的架构

中枢3d之家系统(包括大脑和脊髓)由两种基本类型的细胞组成:3d之家元(1)和3d之家胶质细胞(4)&(6)。胶质细胞在大脑某些部位的数量超过了3d之家元,但是3d之家元是大脑中的关键角色。

3d之家元是信息传递者。它们使用电脉冲和化学信号在大脑的不同区域之间以及大脑与3d之家系统的其余部分之间传输信息。没有3d之家元及其支持细胞,称为星形胶质细胞(4)和少突胶质细胞(6)的3d之家胶质细胞的工作,我们认为,感觉和所做的一切都是不可能的。

3d之家元具有三个基本部分:一个细胞体和两个扩展,称为轴突(5)和树突(3)。细胞体内有一个核(2),它控制细胞的活动并包含细胞的遗传物质。轴突看起来像一条长尾巴,并从细胞中传递信息。树突状看起来像一棵树的树枝,并接收该单元的消息。3d之家元通过在邻近3d之家元的轴突和树突之间的称为突触的微小空间内发送称为3d之家递质的化学物质而彼此通信。

3d之家元的架构
3d之家元的体系结构。

3d之家元分为三类:

  1. 感觉3d之家元 将信息从感觉器官(例如眼睛和耳朵)传递到大脑。
  2. 运动3d之家元 控制随意的肌肉活动,例如说话,并从大脑中的3d之家细胞向肌肉传递信息。
  3. 所有其他3d之家元被称为 中间3d之家元.

科学家认为,3d之家元是人体中最多样化的细胞。在这三类3d之家元中,有数百种不同的类型,每种类型都有特定的消息传递能力。

这些3d之家元如何通过建立联系彼此进行交流,这使我们每个人在思考,感受和行动方面都与众不同。

出生时间

3d之家科学家在大脑中产生新3d之家元的程度是一个有争议的主题。尽管到我们出生时,大多数3d之家元已经存在于我们的大脑中,但是有证据支持3d之家发生(3d之家元诞生的科学术语)是一个终生过程。

3d之家元诞生于大脑中富含3d之家前体细胞(也称为3d之家干细胞)浓度的区域。这些细胞有可能产生大脑中大多数(如果不是全部)不同类型的3d之家元和3d之家胶质细胞。

3d之家科学家已经观察到3d之家前体细胞在实验室中的行为。尽管这可能并不完全是这些细胞在大脑中时的行为,但它为我们提供了有关它们在大脑环境中时的行为方式的信息。

干细胞科学还很新,并且可能随着其他发现而发生变化,但是研究人员已经学到了足够的知识,能够描述3d之家干细胞如何产生大脑的其他细胞。他们称其为干细胞的血统,并且在原理上类似于家谱。

3d之家干细胞一分为二,产生两个新的干细胞,或两个早期祖细胞,或每个产生一个。

当一个干细胞分裂产生另一个干细胞时,它被称为自我更新。这种新细胞具有制造更多干细胞的潜力。

当干细胞分裂产生早期祖细胞时,据说它可以分化。差异化意味着新单元格在形式和功能上更加专业。早期祖细胞不具有干细胞制造许多不同类型细胞的潜力。它只能在其特定谱系中形成细胞。

早期祖细胞可以自我更新或以两种方式中的任何一种进行迁移。一种类型会产生星形胶质细胞。另一种类型将最终产生3d之家元或少突胶质细胞。

移民

一旦3d之家元诞生,它就必须行进到大脑中可以工作的地方。

3d之家元如何知道要去哪里?有什么帮助呢?

科学家已经看到,3d之家元至少使用两种不同的旅行方式:

  1. 一些3d之家元通过跟随称为放射状胶质细胞的长纤维而迁移。这些纤维从大脑的内层延伸到大脑的外层。3d之家元沿着纤维滑动直到到达目的地。
  2. 3d之家元也通过使用化学信号传播。科学家发现3d之家元表面上的特殊分子-粘附分子-与附近3d之家胶质细胞或3d之家轴突上的类似分子结合。这些化学信号将3d之家元引导至其最终位置。

并非所有的3d之家元都能成功。科学家认为只有三分之一能到达目的地。一些细胞在3d之家元发育过程中死亡。

一些3d之家元在旅行中幸免于难,但最终到达了不该去的地方。控制迁移的基因突变会导致3d之家元位置错位或形成异常,从而导致诸如儿童癫痫症等疾病。一些研究人员怀疑精神分裂症和学习障碍阅读障碍是3d之家元误导的部分结果。

3d之家元迁移
一些3d之家元沿着延展(radi3d之家胶质细胞)骑行迁移,直到到达最终目的地。

差异化

一旦3d之家元到达目的地,它就必须安顿下来工作。分化的最后一步是3d之家发生最不为人所知的部分。

3d之家元负责3d之家递质的运输和吸收,3d之家递质是在大脑细胞之间传递信息的化学物质。

根据其位置,3d之家元可以执行感觉3d之家元,运动3d之家元或中间3d之家元的工作,发送和接收特定的3d之家递质。

在发育中的大脑中,3d之家元依赖于来自其他细胞(如星形胶质细胞)的分子信号来确定其形状和位置,产生的递质类型以及它将与其他3d之家元连接。这些新生的细胞建立3d之家回路-或将3d之家元连接到3d之家元的信息路径-整个成年期都会存在。

但是在成年大脑中,3d之家回路已经发展,3d之家元必须找到一种适应的方式。当新的3d之家元安顿下来时,它开始看起来像周围的细胞。它会形成轴突并出现树突,并开始与其邻居沟通。

3d之家元分化
干细胞分化产生不同类型的3d之家细胞。

死亡

尽管3d之家元是体内最长的活细胞,但它们在迁移和分化过程中会大量死亡。

一些3d之家元的生命可能会发生异常转变。大脑的某些疾病是3d之家元非自然死亡的结果。

-在 帕金森’s disease,产生3d之家递质多巴胺的3d之家元在基底3d之家节中死亡,基底3d之家节是控制身体运动的大脑区域。这导致难以启动运动。

-在 亨廷顿氏病,这种基因突变会导致过量产生称为谷氨酸的3d之家递质,从而杀死基底3d之家节中的3d之家元。结果,人们无法控制地扭曲和扭曲。

-在 老年痴呆症’s disease在大脑皮层和海马(控制记忆的部分)的3d之家元内和周围,异常蛋白质会积聚。当这些3d之家元死亡时,人们会失去记忆力和执行日常任务的能力。对大脑和中枢3d之家系统其他部位的物理损害也会杀死或禁用3d之家元。

吹向大脑或中风造成的损害,可能会直接杀死3d之家元,或使它们缓慢地缺乏生存所需的氧气和营养。

脊髓损伤 当3d之家元失去与位于受伤部位下方的轴突的连接时,会破坏大脑与肌肉之间的交流。这些3d之家元可能仍然活着,但是失去了交流的能力。

病态3d之家元
一种细胞死亡的方法是由过量谷氨酸的释放引起的。

 

垂死的3d之家元
巨噬细胞(绿色)吞噬垂死的3d之家元,以清除碎屑。

 

通过研究希望

科学家希望,通过更多地了解3d之家元的生与死,他们可以开发出新的疗法,甚至可以治愈影响数百万美国人生命的脑部疾病和病症。

最新研究表明,3d之家干细胞可以生成许多(即使不是全部)大脑和3d之家系统中发现的不同类型的3d之家元。学习如何在实验室中将这些干细胞操纵为特定类型的3d之家元,可能会产生新的脑细胞供应,以替代已经死亡或受损的脑细胞。

还可以创建疗法来利用生长因子和大脑内部的其他信号机制,这些机制告诉前体细胞制造新的3d之家元。这将使从内部修复,重塑和更新大脑成为可能。

有关由国家3d之家疾病和中风研究所资助的其他3d之家系统疾病或研究计划的信息,请通过以下方式与该研究所的脑资源和信息网络(BRAIN)联系:


邮局Box 5801
贝塞斯达,MD 20824
(800)352-9424
www.ninds.nih.gov

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传播与公共联络处
国立3d之家疾病与中风研究所
国立卫生研究院
贝塞斯达,MD 20892

 

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