我們的大腦具有很高的靈活性或“可塑性”，這是因為神經元能夠通過與其他的神經元建立新的或更強的連接來做新的事情。但是，如果一些連接得到強化，那么神經科學家們就會推理神經元必須進行相應地抵消，以免它們接收到過多的輸入信號。在一項新的科學研究中，來自美國麻省理工學院皮考爾學習與記憶研究所的研究人員首次證實了這種平衡是如何實現(xiàn)的：當一個被稱為突觸的連接得到強化時，緊鄰的突觸基于一種至關重要的被稱作Arc的蛋白的作用而發(fā)生減弱。

在一個關鍵的實驗中，這些研究人員通過改變神經元的“感受域（receptive field）”---神經元作出反應的視野區(qū)域---來誘導可塑性。神經元通過位于它們的分枝樣樹突的小棘表面上的突觸接受輸入。為了改變一個神經元的感受域，他們在屏幕上給小鼠顯示了與這個神經元的初始感受域不同的靶區(qū)域，隨后密切地監(jiān)測它的突觸發(fā)生的變化，他們精確地找到了與這個神經元相關的樹突棘。每當這個靶區(qū)域處于他們想要誘導的新的感受域位置時，他們通過在小鼠視覺皮層內閃現(xiàn)藍光來加強這個神經元的反應，就像另一個神經元那樣觸發(fā)額外的活性。這個神經元已經基因改造，能夠被閃現(xiàn)的藍光激活，這種技術被稱為“光遺傳學（optogenetics）”。

這些研究人員一遍又一遍地做了這個實驗。由于光刺激與小鼠視覺的這個新位置中的靶區(qū)域的每次出現(xiàn)相關聯(lián)，這導致這個神經元增強了樹突棘上的特定突觸，從而編碼新的感受域。

El-Boustani說，“我們能夠重編程完整大腦中的單個神經元并在活體組織中見證允許這些細胞通過突觸可塑性整合新功能的分子機制的多樣性，我認為這是相當了不起的?！?/p>

隨著編碼新的感受域的突觸在增加，這些研究人員能夠在雙光子顯微鏡下觀察到附近的突觸在縮小。在缺乏光刺激的實驗性對照神經元中，他們并沒有觀察到這些變化。

隨后這些研究人員進一步證實了他們的發(fā)現(xiàn)。鑒于突觸是非常小的，它們接近于光學顯微鏡的分辨率極限。因此，在這些實驗之后，他們仔細分析了含有受到操縱的神經元和對照神經元的樹突的腦組織，并將它們運送到瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院的合作者那里。他們進行了專門的更高分辨率的三維電子顯微鏡成像，證實了在雙光子顯微鏡下觀察到的結構差異是有效的。Sur 說，“這是在體內成像后重建的比較長樹突長度?！?/p>

當然，利用藍光閃現(xiàn)重編程小鼠中的經過基因改造的神經元是一種不自然的操縱，因此這些研究人員開展了另一個更經典的“單眼剝奪（monocular deprivation）”實驗，在這個實驗中，他們暫時地閉合了小鼠的一只眼睛。當發(fā)生這種情況時，與這只閉合的眼睛相關的神經元中的突觸發(fā)生減弱，而與另一只仍然打開的眼睛相關的突觸發(fā)生強化。隨后，當他們重新打開這只之前閉合的眼睛時，這些突觸再次重新排列。他們也跟蹤了這一行動，并且觀察到隨著突觸發(fā)生強化，它們鄰近的突觸發(fā)生減弱以作為補償。

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