研究发现 在发育早期训练神经回路可改善反应

2021-10-10 08:42:01
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  关于组织工程或生物医学应用中的神经回路训练,一项新的研究提出了一个关键参数:年轻训练。训练工程神经回路的技术通常包括在细胞完全成熟后进行训练。伊利诺伊大学的研究人员使用来自小鼠干细胞的光敏神经元来训练它们在早期的细胞发育和网络形成过程中,导致神经网络的连接性、反应性和基因表达的持续改善。他们的发现发表在《科学报告》杂志上。“这就像一只老狗学习新把戏,而不是一只小狗,”研究生、该研究的第一作者Gelson pagan Diaz说。“当我们训练网络时,如果我们仍然像狗一样刺激它,我们可以比成熟的网络对训练做出更好的反应。”

  改进的神经训练在生物工程和再生医学中有许多应用。例如,伊利诺伊研究小组希望使用经过训练的神经回路来控制微型生物混合器的运动和行为。早期培训带来的改进类型可以使机器和电路更具功能,并为研究人员提供对这些功能更精确的控制。生物工程教授拉希德·巴希尔(Rashid Bashir)说:“当我们开发带有活细胞的机器领域时,能够在光发育的早期阶段刺激和编程神经元细胞和网络可能是我们工程图书馆的一个重要工具。”伊利诺伊州格兰杰工程学院院长。“此外,这项工作可能会对发育生物学产生影响,再生医学和大脑研究。“为了训练神经元,研究人员使用定时光脉冲刺激细胞。研究人员在细胞发育的早期就开始了一项训练计划,即一组称为胚状体的干细胞,可以成为运动神经元。当细胞分化为完全成熟的神经元时,他们继续训练,并在将细胞转移到平板上连接并形成神经回路后继续训练。然后,他们将早期训练的回路与先训练后训练的回路进行比较(通常的方法)
  帕根·迪亚兹说,研究人员发现这两组人之间存在许多差异。在发育过程中,在经过训练的神经元中,他们看到了更多的延伸,表明细胞之间的联系,细胞之间发送的神经递质的包装增加,以及结构化的神经兴奋,表明更高的网络稳定性。早期训练的效果是持久的,而后期训练中的细胞往往会有短期反应
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  Pagan Diaz说,“你可以把神经元想象成训练中的运动员。”“光刺激就像神经元的定期运动。它们更强壮、更运动,做得更好。”
  为了确定这些变化的基础,研究人员分析了神经元的遗传活动。他们观察到与网络成熟和神经功能相关的基因表达增加,表明随着细胞的发育,早期训练可能会永久性地改变遗传途径。研究人员正在继续探索胚胎期早期神经元训练可以增强或编程哪些活动。pagan Diaz说,类胚胎可能是生物机器的有用组成部分,它们也为再生医学带来了希望。“以前的研究表明,将带有运动神经元的类胚胎植入受伤小鼠体内可以改善组织再生。”帕根·迪亚兹说:“如果我们能在将这些胚状体放入受伤模型之前改善或增强它们的功能,理论上,我们可以通过注射它们然后刺激它们来促进它们的恢复。”