荷兰神经科学研究所的研究人员首次目睹了运动中轴突的神经可塑性。

我们的神经细胞通过快速传输称为动作电位的电信号进行通信。大脑中的所有动作电位都始于细胞的一个独特的小区域：轴突起始段（AIS）。这是轴突的第一部分，轴突是神经细胞的长而细的延伸部分，将信号或脉冲从一个神经细胞传递到另一个神经细胞。它充当控制中心，决定在沿着轴突进一步行进之前何时启动动作电位。

此前，研究人员做出了令人惊讶的观察，即 AIS 也存在可塑性。可塑性是指大脑创建新连接和结构以扩大电活动量的能力，这对于学习和记忆至关重要。AIS 可塑性发生在大脑网络活动的变化过程中。

活动过多时，该段的长度可能会变短，活动较低时，该段的长度可能会变长。但这种结构如何改变，发生的速度有多快？Maarten Kole 实验室的 Amélie Fréal 和 Nora Jamann 首次实时观察了这种适应性如何在轴突内发挥作用，并确定了这一过程背后的 分子机制。

必不可少的大门

此过程中的关键角色是位于该段的离子门，也称为钠通道。该团队开发了新工具来研究这些钠通道及其支持蛋白。他们发现细胞片段中钠通道的数量可以在一小时内迅速变化。

这种快速变化是由一种称为内吞作用的过程介导的，其中钠通道被吸收到细胞内的囊泡中。Nora Jamann 解释说：“您可以将这种适应性视为一种放大器，允许您微调输入。AIS 越长，您需要的电流就越少。您可以增强单元的输出。如果这不合适调整后，学习可能会受到影响。”

“当你学习时，神经网络中的活动不断波动。神经元需要在活动水平的极端变化下运行——太低和太高的活动都会对记忆形成有害。” 她之前在老鼠身上进行的实验证明了这种适应性：胡须被剪掉的老鼠接收到的感官输入减少了。

结果，AIS 中钠通道的数量增加以维持平衡。相反的情况也会发生：如果输入太多，例如当小鼠被放置在一个高活性的新环境中时，AIS 会变得稍微短一些，钠通道也会减少。但它是如何运作的以及这种可塑性发生的速度有多快一直是神经科学家面临的基本问题。

实时成像

Amélie Fréal 说：“为了解决这个问题，我们面临着一个重大挑战：如何实时捕捉可塑性？如果您想知道 AIS 如何适应，您希望实际看到它移动。这在该领域以前是不可能的。在研究中，我们使用了两种新工具：首先，一种特殊的小鼠模型，其 AIS 标记有荧光蛋白，使我们能够观察其机制并记录大脑切片的时间变化。”

“其次，我们使用分子工具使钠通道在细胞培养物中可见。这使得首次实时 追踪钠通道成为可能。”

Jamann 继续说道：“我们在 AIS 中观察到的可塑性与我们所了解的突触可塑性非常相似。这是最著名的可塑性形式，与两个神经细胞之间的连接（突触）强度变化的能力有关。 “突触可塑性与学习和记忆直接相关。但同样的机制也发生在 AIS 中。”

Amélie Fréal 补充道，“如果你想挑衅一点，你甚至可以说突触中发生了很多变化，但只有相关信息被转发到下一个神经细胞。这个决定是在 AIS 中做出的，所以该区域的变化对于细胞的功能确实很重要。”

Fréal 总结道：“这项研究汇集了不同领域的专业知识，我在研究中强烈支持这一点。Maarten Kole 的实验室拥有记录和观察活动的所有设备，我也带来了对纳米级结构进行成像的新颖工具。我们一起我们能够确定，当活动发生变化时，结构也会发生变化。”

“这一观察将帮助我们从更广阔的角度看待可塑性。在总体上看待可塑性时，我们现在需要考虑 AIS 中的这些变化。通过这次合作，我们已经能够结合我们的优势来推进知识。这就是我的想法最令我自豪的。”

该研究发表在《科学进展》杂志上。