神经科学研究揭示可能是脑癫痫发作的开关

大脑是一种精密仪器。其功能取决于精细校准的电活动，触发神经元之间化学信息的释放。

但有时大脑的谨慎平衡会失控，就像癫痫一样。脑电图（EEG）可以显示大脑的电活动，并可以揭示癫痫发作如何偏离典型大脑活动的可预测波形模式。

但是医学仍然缺乏癫痫的解决方案。预测癫痫发作的可能性有限，即使您可以预测，也无法进行干预。虽然药物可用于治疗癫痫的人，但它们充满副作用，并不适用于所有人。

在我的神经科学实验室解决一个问题，当我停下来想象以这种方式让大脑失去控制是多么可怕时，它确实激励着我。难道有办法抓住这些神经元的流氓控制吗？我一直专注于每个脑细胞内的特定隔室如何能够帮助我们做到这一点。

大脑活动的覆盖开关

自从我还是一名本科生以来，我一直对神经元的一部分 - 轴突起始部分着迷。每个神经元都包含这个小隔间。这是神经元“决定”发射电信号，向下一个细胞发送化学信息的地方。

这里有专门的连接，可以发挥强大的控制力;他们可以覆盖单元格自己关于射击的“决定”。这种控制机制的存在是为了组织或模仿大脑活动 - 这是我们大部分行为的要求。

例如，为了入睡，你的大脑活动需要逐渐减缓。相反，对问题的高度集中需要图案拾取，产生快速振荡。无法产生和调节这些大脑活动模式已经与许多大脑疾病有关。

当许多神经元的轴突初始区段同时接收到沉默信号时，它导致EEG的波形图案中的波谷。这意味着它可以平息大脑的活动，这在正常情况下在放松的清醒和睡眠状态之间移动时会很有用。

如果研究人员可以利用这些抑制性连接的力量，我们可能会随时重置大脑的活动模式。它可能是一种在癫痫大脑中夺回控制权的方法。

调解信息的分子

为了开始了解如何调节轴突起始区段的这种能力，我和我的同事首先需要了解这些联系的分子伙伴关系。为了使抑制在轴突起始段有效，需要有合适的设备来接收信号。在脑中抑制的情况下，该设备是GABA A受体。

与合作者Hans Maric和Hermann Schindelin一起，我们确定了两种蛋白质之间的密切和独特的合作关系--GABA A受体α2亚基和collybistin。弄清楚这两种分子之间的密切关系，可以解决一些关于抑制性接触位点的蛋白质如何相互作用的开放性问题。我们知道GABA A受体α2亚基是在轴突起始区段发现的，但是研究人员并不了解它是如何到达或保留在那里的。 Collybistin可能是关键。

所以现在我们认为这两种蛋白质可能在轴突起始区段一起发挥作用。为了更进一步，我的博士后导师斯蒂芬莫斯和我想了解这对于轴突起始段的连接可能产生的影响，以及最终大脑是如何工作的。为了弄清楚这一点，我们创造了一种基因突变，导致两种蛋白质无法连接。

事实上，具有这种突变的小鼠的神经元确实失去了对轴突起始区段的抑制性连接。与脑细胞其他部分的抑制性连接保持完整，再次支持这种蛋白质伙伴关系是排他性的想法，并且在轴突起始区段特别重要。

具有该突变的小鼠在发育期间经历癫痫发作。当它们长大成人时，这些老鼠不再表现出癫痫发作的行为迹象。在某些形式的小儿癫痫症中，孩子们也可以“长大”癫痫发作。因此，这种突变对于为人类儿科癫痫提供可能的模型非常有价值。我们希望它可以帮助我们更清楚地了解癫痫期间脑部发生的情况，以及设计和测试更好的治疗方法，例如阿斯利康开发的选择性化合物，其科学家也为该项目做出了贡献。

一个定量但早期的步骤

神经科学家长期以来一直在猜测GABA A受体和collybistin之间的关系。现在我们的结果，最近发表于 自然通讯 ，定量地定义它。

虽然我们知道GABA A受体 - 它们响应神经递质GABA - 控制抑制信号，但我们仍然在弄清楚它是如何起作用的。 GABA信号传递是多种多样的，各种连接类型对细胞发射具有明显的控制 - 我们需要努力去理解其他东西。除了癫痫之外，GABA信号传导功能障碍也涉及许多其他大脑疾病。

这项研究的最终目标是设计可能能够控制轴突起始段的抑制性连接的治疗方法。我们想负责那个开关，能够关闭在癫痫发作期间看到的失控神经发射。

我想象癫痫的生活，我也想象没有它的生活。

本文最初发表在Rochelle Hines的The Conversation上。阅读原文。