哈佛医学院研究人员发现，小鼠大脑中神经元在调整新经验时会形成强大的新连接。这些新连接改变了大脑的电路，通过改变神经元之间的通信。

研究人员表示，这些发现有助于理解如何通过操作性学习引发长期大脑重新编排。这种类型的学习用于掌握如骑自行车或在计算机上打字等技能。

哈佛医学院（HHMI）研究人员卡雷尔·斯沃博达及其团队在《自然》杂志的6月22日版本中报告了这些发现。其他合作者包括卡雷尔·斯沃博达实验室的安东尼·霍尔马特和林达·威尔布莱克；以及瑞士大学洛安的格拉姆·克诺特和艾格贝特·威尔克。

斯沃博达是世界上少数几位研究者之一，正在开发新工具和技术，以便观察大脑在数周或数月内重新编排。今夏，斯沃博达将移居HHMI的杰尼亚农场研究中心，继续进行神经生物学研究和光学和显微学项目。

在《自然》报告的研究中，研究人员使用了小鼠，这些小鼠被基因改造，以在大脑的新经验处理区（如触觉信息处理区）中产生绿色荧光蛋白。他们跟踪了这个区域中神经元的细胞突起变化。触觉信息对小鼠来说非常重要，因为它们在环境中导航。因此，小鼠大脑中处理触觉输入的大部分区域都用于处理触觉信息。

为了可视化神经结构的变化，研究人员使用了斯沃博达团队之前开发的新技术。他们使用激光扫描显微镜，通过小鼠头骨的小玻璃窗来成像，这些变化显示了神经元的突起变化。

在最新的实验中，研究人员旨在观察长期经验变化后是否会出现持久的连接变化。他们关注的是形成新长期突起的过程，这些突起表示神经元高分支的强大连接。分支是神经元的输入侧，轴是输出侧。突起覆盖分支表面，像树枝一样，形成神经元之间的突触，这些突触是释放神经递质的结合点。

研究人员通过剪切小鼠的触须来引发长期的感官经验变化，这种剪切使得小鼠的神经元重新编排以适应失去触须的情况，从而减少对失去触须的依赖，并增强对完整触须的输入。

“我们从之前的工作知道，有一个子集的突起会出现和消失，但我们不知道这个过程的生物意义。”斯沃博达说。在这些实验中，我们发现，大约一个月内新突起出现，特别是一个子集的这些新突起稳定形成新电路，斯沃博达说。

他表示，研究人员最兴奋的是发现，长期经验变化后，有许多新突起是大、强且“持久”的，即它们在长时间内保持不变。斯沃博达说，在正常条件下，大多数新突起是微弱和小的，并在几天内消失。他认为这些突起在新感官经验中“探索潜在的神经伙伴”，而大多数突起收回，但一些新突起形成的连接是有益的新编排。因此，这些突起增大并被稳定为持久突起。

除了观察持久突起的增减，研究人员还使用电子显微镜详细研究了新突起。斯沃博达说，这些新持久突起参与了突触。

斯沃博达表示，发现经验依赖的持久突起生长有更广泛的意义，理解学习。他认为这些发现适用于理解基于训练的技能的隐式记忆。这种学习是无法用语言描述的，如学习钢琴或阅读布莱尔字母表。它与明确记忆（用于记住事实）形成对比。

斯沃博达表示，发现为未来研究提供了新的想法，以更详细地理解神经元编排过程。例如，他和他的团队将研究剪掉的触须重生时大脑电路的重新编排，以确定是否可以在条件恢复到正常时“取消”重新编排。他们还计划更详细地研究电路，以了解突起生长引起的大脑编排图变化。