青春期不僅是社會和身體成長的決定性時期。而且還有大腦的發育。在此期間，更高的心理能力，如計劃、推理和決策。然而，科學家們仍處於成熟階段，仍然缺乏對大腦復雜網絡在這一關鍵時期如何形成的完整理解。
大腦發育的核心是突觸。神經元之間的功能連接允許信息流經大腦。幾十年來，研究人員相信突觸數量在兒童時期持續增加。這種想法導致了一種被廣泛接受的理論，即過度“突觸修剪”，即消除弱或未使用的連接的過程。可能會影響神經精神疾病。精神分裂症，可能涉及幻覺、妄想和思維混亂，通常與這種機制有關
新研究挑戰長期存在的理論
九州大學的一組科學家發現了質疑這一長期觀點的證據。在發表於的一項研究中 科學進步 1 月 14 日，研究人員發現青少年的大腦不僅僅會失去聯繫。但它也會形成新的突觸簇，在這個發育階段被包裝到神經元的特定部分。
“我們的目的不是研究大腦異常，”醫學學院的 Takeshi Imai 教授說。九州大學表示：“2016 年開發出用於突觸分析的高分辨率工具後，我們出於好奇而觀察了小鼠大腦皮層。”除了看到美麗的神經細胞結構之外，我們還驚訝地發現了具有先前未知的高密度樹突棘的熱點。這些是樹突上的微小突起，興奮性突觸發生的地方。 ”
放大主要大腦層。
大腦皮層由六層組成，它們共同形成高度複雜的神經迴路。 Imai 和他的同事們專注於第 5 層的神經元，該神經元從多個來源收集信息並向外發送信號作為大腦皮層的最終結果。由於這種作用，這些神經元因此充當大腦如何處理信息的中央控制點。
為了詳細研究這些細胞，研究小組使用了 Imai 團隊開發的組織透明劑 SeeDB2 以及高分辨率顯微鏡。這種組合使研究人員能夠檢查透明的腦組織並首次繪製所有第 5 層神經元的樹突棘圖。
突觸熱點出現在青春期
詳細的地圖揭示了意想不到的模式。樹突的特定部分具有異常密集的樹突棘。它形成了研究人員所說的“熱點”。進一步分析表明，這個熱點在生命早期並不存在。相反，它出現在青春期。
以表明這種變化發生的時間 該團隊跟踪了不同發育階段的刺的分佈。在兩周大的小鼠中，斷奶前，樹突棘在整個神經元中相對均勻地分佈。在三到八週的年齡之間，即從兒童期到青春期，頂端樹突的單個區域的脊柱密度迅速增加。隨著時間的推移，這種局部生長導緻密集突觸熱點的形成。
“這些發現表明，這個假設需要重新考慮。這是一種行之有效的‘幼年突觸修剪’，”今井說。
與精神分裂症和大腦疾病的聯繫
這些發現可能有助於解釋大腦異常是如何發生的。 “雖然突觸修剪廣泛發生在整個樹突中，但在青少年皮層發育過程中，突觸形成也發生在特定的樹突區室中。這一過程的破壞可能是至少某些類型的精神分裂症的一個重要因素，”該研究的第一作者、九州大學醫學科學研究生院的研究生 Ryo Egashira 說。
為了探索這個概念，研究人員檢查了與精神分裂症相關的基因發生突變的小鼠，這些基因包括 Setd1a、Hivep2 和 Grin1。早期的發展顯得很典型。出生後兩到三週內就會出現正常的脊柱密度。然而，在青春期，突觸的形成顯著減少。防止熱點的正常發展
許多年前，精神分裂症被認為是由突觸過度喪失引起的疾病。這些發現指出了一種不同的可能性。也就是說，青春期期間形成新突觸的問題可能起了一定作用。然而，研究人員強調，他們的研究僅針對老鼠。目前還不確定同樣的過程是否發生在哺乳動物或人類身上。
期待大腦發育研究
“繼續前進，我們希望確定青春期期間大腦的哪些區域正在建立這些新的突觸連接，”今井說。 “這將告訴我們它到底是什麼。那麼在這個發育時期創建了哪些迴路？了解這些連接如何以及何時發生這將提高我們對大腦發育和神經精神疾病潛在機制的了解。”
