关于人类脑白质（注：白质主要以传导性的轴突构成）的核磁成像研究结果来看，我们觉得少突胶质细胞和髓磷脂可能以某种方式参与了技能学习

关于人类脑白质（注：白质主要以传导性的轴突构成）的核磁成像研究结果来看，我们觉得少突胶质细胞和髓磷脂可能以某种方式参与了技能学习

学习新技能，只靠神经元可不够

2014年10月22日 ⁄ 科学研究 ⁄ 暂无评论 ⁄ 被围观 1,052+

脑或脊髓的剖面，看起来由灰啡色和较浅色的部分构成。它们称为灰质和白质，合称灰白质。它们是中枢神经系统的重要成份。

灰质主要由神经元的细胞体构成，白质主要由神经元中被髓鞘包围的突起构成。

在脊髓和延脑，外围主要是白质，内部是灰质；在大脑和小脑以及脑干，情况相反，外围是灰质，内部是白质。

灰质和白质的功能也不一样，灰质是神经中枢，起支配作用（包括脊髓灰质，它也可以控制一些低级的非条件反射。）；而白质则主要起传导作用，如脊髓白质主要传导脑部和脊髓灰质的兴奋。

脊髓的内部结构由灰质和白质组成，灰质位于中央，从横断面看呈左右对称的蝴蝶形，由各种神经细胞组成，脊髓灰质分为脊髓前角、侧角和后角，前角内有大量的运动神经细胞，侧角内含有交感神经细胞，而后角内含有感觉神经细胞；白质位于灰质的四周，由纵行的传导神经纤维组成，其主要的成分是由从大脑传达到脊髓的运动神经传导纤维组成的皮质脊髓束，以及从脊髓传达到大脑的感觉神经纤维组成的脊髓丘脑束组成         



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本文版权属于果壳网（guokr.com） 作者 Paradoxian
无论是小孩子学走路还是大人们学挖掘机（大雾），神经元（neuron）在新技能的学习过程中都发挥着重要的作用。但它们并不是唯一的英雄。近日，伦敦大学学院（University College London）的研究人员们发现，至少在小鼠身上，要学习一项新的运动技能（motor skill），必须还得依赖大脑中另一种细胞——少突胶质细胞（oligodendrocyte，OL）的参与。研究结果发表在《科学》杂志上^[1]。
作为身体各个部位的指挥员，神经系统可以分为中枢神经系统（Central Neural System）和周围神经系统（Peripheral Neural System）；前者包括我们的脑和脊髓，仿佛“中央司令部”一般，负责综合后者“报告”来的各路信息，并做出决策，指挥后者执行。这些信息在单个神经元中都以电信号的方式传递——神经元的轴突们就像一根根导线，而髓磷脂（myelin）形成的髓鞘就是它们的“绝缘皮”，促进电信号更快更好地传递。中枢神经系统中担任这一角色的是少突胶质细胞，在周围神经系统中则是施旺细胞（Schwann cell）。

在中枢神经系统中，少突胶质细胞（OL）能形成突起，延伸至邻近的轴突并包裹形成髓鞘。髓鞘的形成与诸多因素有关，如发育阶段和不同轴突的兴奋程度。不是所有的神经元都有髓鞘，不同髓鞘的厚度也有差异。图片来源：Science

近年来，研究人员们陆续发现，髓鞘除了先前知道的绝缘功能外，和神经系统的可塑性也息息相关[2]。尽管中枢神经系统大部分髓鞘化过程都发生在年少时，但在成年后相当长的一段时间内，个体中仍存在大量的少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte Precursor Cell，OPC）。它们能感知神经活动和生长信号，在不同的情境下分化出少突胶质细胞，形成新的髓鞘，调节神经传导的路线和速度。
“从先前关于人类脑白质（注：白质主要以传导性的轴突构成）的核磁成像研究结果来看，我们觉得少突胶质细胞和髓磷脂可能以某种方式参与了技能学习。”理查德森在一个访谈中说道，“所以我们决定用实验着手检验这个想法。”文章通讯作者威廉·理查德森（William D. Richardson）说。
怎样检测小鼠的动作学习能力呢？研究小组是从小鼠最常用的“健身器材”——跑轮入手的。他们拆掉了普通跑轮上的一些横杆，制出了间隔不规律的跑轮。在这种“逼死强迫症”的跑轮上，如果按照平时的步式来跑，小鼠们由于看不见后爪前的“路况”，难免磕磕碰碰。正常小鼠在多次吃瘪后，渐渐会开始采用另一种步式：向前迈的后爪会直接落在前爪所在的横杆上，如此避免踏空。

野生型小鼠第一次接触复杂跑轮时小心翼翼。视频来源：Science

在复杂跑轮上奔跑的小鼠会逐渐学会新步式：后爪直接落在前爪所在的横杆上，以避免踏空。有意思的是，他们发现小鼠们在学会新步式之后，脑白质的结构发生了变化——这意味着髓鞘可能在学习过程中派上了用场。随后，研究人员检验了OPC无法成熟的成年小鼠会怎样表现。他们在小鼠成年后条件性地去掉了它们OPC细胞中特有的髓鞘调控因子（Myelin Regulatory Factor, MyRF），这样既不影响小鼠已经形成的髓鞘，又能让OPC失去分化的功能。结果，这些小鼠果然没法适应那些不规律的转轮，跑动速度始终比其它小鼠慢一截。

经过七天的训练，髓鞘调控因子被去除后的小鼠难以适应横杆不规律的复杂跑轮。视频来源：Science

经过七天的训练，野生型小鼠已经学会在复杂跑轮上快速奔跑。视频来源：Science

“我们很惊讶不同组小鼠的学习能力会如此迅速地产生差别。”说起实验结果，理查德森感叹道。“这表明大脑能迅速地回应新激活的回路并包裹以髓鞘，也表明了这一过程能如何改善学习。这个迅速的回应意味着，其它许多轴突路径可能早就存在与脑中，能够用于驱动一个特定的动作顺序；而大脑能迅速地发现最有效率的回路，并通过髓鞘来选择并保护选定的路径。”
“我们认为这些发现十分振奋人心，因为它们为检验少突胶质细胞和髓鞘的功能提供了新的机会。”理查德森说，“我们还能检验大脑中的其它进程，例如认知活动（比如走迷宫），来探究学习对新髓鞘的要求是普遍存在的，还是只适用于运动。”
这些问题不仅会给大脑的认知学习机制带来新的思路，而且还对不少精神疾病有潜在的意义^[2]。包括精神分裂症（schizophrenia）和双相障碍（bipolar disorder，又叫躁郁症）在内的许多精神疾病都与髓鞘异常相关，也有研究表明在遭遇不良经历（如社交孤立）时，髓鞘更容易受损。不仅如此，OPC分化成髓鞘化OL的能力会随着个体年龄的增长而下滑，这项发现也启示了一些年龄相关的认知衰退问题。
“我非常想找到学习过程中OL与髓鞘发生这些变化的准确顺序，以及这些变化是否在某些脑区更加必需。”理查德森表示，“弄清这些可能会给一些依旧令人困扰的问题拨散迷雾，帮助人们理解大脑在生命历程中如何适应，如何学习。”（编辑：Calo）