大脑中速度最快的神经元

(bob游戏医学快讯)——如果你问一个孩子世界上跑得最快的动物是什么，他们可能会告诉你猎豹、猎鹰、飞燕、旗鱼等各种动物。如果你问一个神经科学家什么是最快的神经元，你甚至可能不会马上得到答案。少数人可能会提出，形成听觉神经的神经元可以追踪高达1000hz的尖峰声波波形——至少在一小段时间内是这样。其他人可能会注意到，在稳定眼球时，几个脑干复合体中的细胞可以以超过一半的速度爆炸，持续更长的时间。但如果你继续按压它们，它们可能会做出熟悉的蝠鲼反应:“快速尖峰parvalbumin阳性中间神经元”

如果parvalbumin(一种在肌肉和突触中发现的钙结合蛋白)和快速峰值中间神经元听起来像奇怪的同床异梦，你并不孤单。那么，这种蛋白质速度药丸究竟是什么?它与衡量细胞整体表现的奇怪联系仅仅是生物学历史进程中的一个怪癖，还是迟早会被发现的不可避免的神经真理?最近发表在科学仔细观察这些特定神经元作为个体的独特属性，并探索它们在更大电路的节奏和振荡背景下的群体行为。

这些特殊的中间神经元的主要处理是它们是皮层中的所谓的枝形细胞，小脑中的浦肯野细胞，还是篮子里的细胞在海马体中，它们都使用传送器gaba。神经科学家对gaba有很多研究。如果你浏览他们某一次大型会议的海报，你实际上可以听到数百个gaba低语的背景嗡嗡声，它们彼此之间的相位交替。听起来像这样:gabba, gabba, gabba, gabba, gabba........

这篇综述详细阐述了快速神经元需要快速部件这一常识概念。换句话说，神经元的速度只能和它在信号链中最慢的一环一样快。在传统的概念中，世界上最快的神经元只能快速可靠地传递基于spike的信息，因为突触上的后续囊泡融合可以跟踪它们。然而，如果在峰值速率只有几赫兹的情况下，融合概率最多只有50%，那么随着峰值速率的增加，这个想法很快就会陷入麻烦。我们期望这些融合概率在单个突触上以100倍的速率急剧下降。正如我们从其他研究中了解到的，至少在体外，制造神经元并不太难发射机用完了。

许多篮型小白蛋白细胞发出短轴突，多余地包裹着其他神经元的细胞体。可以想象，在高峰值速率下，这些巨大的终端可以被激活，可以说，就像分电器盖内的转子，按顺序点燃每个活塞。通过这种方式，高峰值率可以在不同的时间激活不同的突触，向特定的神经元传递或多或少可靠的信号。没有突触所提供的耐力精巧的囊泡带和速射子弹某些感觉神经元所拥有的，仅仅是中间神经元就可以通过使用额外的连接来实现。然而，作者注意到的一件事是，大多数小白蛋白中间神经元不仅仅是局部的篮子细胞。许多神经元发出相当长的轴突，分支扩散区域与数百个神经元接触。

研究人员发现，这些神经元的突触前使用了高度优化的标准突触蛋白和通道的异构体。除了parvalbumin，他们还使用synaptotagmin II，这种蛋白恰好在15种左右不同的蛋白质中具有最快的钙结合动力学。不仅仅是突触，这些神经元都是一流的。只有来自精英家族的最快激活和最快失效的钙和钾通道是可以接受的(对于生理学家来说，这意味着没有任何L或N型通道)。此外，这些神经元在无髓鞘轴突中具有最高的钠通道密度。虽然它们可能只能以相对较低的1.5米/秒的速度发送脉冲，但更重要的是，它们在大脑中发射最紧密的脉冲。

Parvalbumin不仅仅是钙动力学。它在被发现的组织中相当丰富，恰好是导致海鲜过敏的蛋白质——就此而言，青蛙腿过敏。这些动物快速收缩肌肉中的小白蛋白(以及其他一些密切相关的蛋白质，如肌钙蛋白)与我们人类的肌肉略有不同。患者会产生强烈的IgE抗体反应。parvalbumin与钙结合后发生了什么仍然是一个谜。类似的蛋白质，如钙调蛋白，在钙结合后发生构象变化，使其蛋氨酸残基上的疏水甲基暴露出来。这些表面结合了各种各样的目标，特别是那些含有互补疏水结构域的两亲螺旋。在小白蛋白神经元间突触中，已发现其释放只需要少量钙通道就能起作用。parvalbumin和其他相关蛋白的局部位置和构象在这里可能是关键的。与流体布朗机相比，我们可以把这里的机器，更好地比作齿轮传动、润滑良好的机械。

这些速度有多快神经元？那得看情况。在海马体中没有著名的振荡行为的情况下，这些细胞只在6赫兹左右发出峰值。在θ节律(4-10Hz)期间，它们可能会跳至20 Hz，而在伽马节律和尖锐的波纹期间，它们会超过120 Hz。这当然低于听觉神经元的单毫秒级爆发，但仍然不太寒酸。

喜欢飙车的人知道，最快的车不是引擎最大或零部件最贵的车。它的各个部分配合得最好。就像在赛车中一样，将储备蛋白换成赛车蛋白只是第一步——它们必须在进化试验和错误中相互协调。Parvalbumin很可能只是众多成分中的一种，它们必须协同工作才能获得最大的性能。

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