大腦皮質具有大量神經細胞的原因

大腦皮質具有大量神經細胞的原因
(The reason for massive numbers of neurons in cerebral cortex)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：大脳皮質の神経細胞はなぜ多いのか、その理由を発見、3D Clustering of GABAergic Neurons Enhances Inhibitory Actions on Excitatory Neurons in the Mouse Visual Cortex

日本理化學研究所腦科學總合研究中心的研究團隊，使用基改小鼠證實大腦皮質神經迴路(neural circuit)的神經細胞，藉由形成高密度群體而非單一細胞去進行資訊處理。該研究成果2014年12月刊載於科學期刊「Cell Reports」。

大腦皮質(cerebral cortex)是由極多的神經細胞所構成，在人類約有160億個、即使小鼠也約有1400萬個。但是為何需存在如此多的神經細胞？又是透過何種機制來運作？至今仍然不清楚。過去認為大腦皮質神經細胞約20%的抑制性神經細胞，會釋放抑制性傳導物質GABA（γ-胺基丁酸）來抑制興奮性神經細胞的活動，以調控神經迴路的運作，但調節機制大多仍未知。

（圖片編譯來源 : http://www.riken.jp/pr/press/2014/20141121_1/）

研究團隊先製作抑制性神經細胞會發出綠色螢光的基改小鼠，再使用2光子激發鈣離子影像法，以及同步紀錄許多神經細胞的活動，去調查抑制性與興奮性神經細胞在大腦皮質視覺區的三度空間位置，以及受視覺刺激所產生的反應（如圖一）。並藉由微電極法，直接測量興奮性神經細胞受到抑制性神經細胞的抑制強度。結果發現，大腦皮質視覺區的抑制性神經細胞形成三度空間的群集(clusters)，強烈抑制群集內興奮性神經細胞，使對特定刺激產生選擇性的反應。另外，群集所在位置外單獨的抑制性神經細胞則無法強烈抑制興奮性神經細胞。

研究團隊經該實驗發現，大腦皮質抑制性神經細胞藉群集的形成來增強單一細胞對興奮性神經細胞抑制不足的情形。另發現大腦皮質的訊息處理迴路，因抑制性神經細胞群集形成，即使部分細胞喪失功能，也不會影響整體機能的運作，結構穩健且安定。該結果能解釋為何哺乳類大腦皮質的細胞數量如此多的原因。該成果所獲得的新概念，也有助未來開發大腦運作模式的情報處理器。

名詞解釋：

1. 抑制性神經細胞 : 釋放神經傳導物質GABA，為抑制其它神經細胞活動的大腦皮質神經細胞。抑制性神經細胞的軸突通常較短，屬於一種聯絡神經元(interneuron)。在大腦皮質視覺區，約占全體神經細胞20 %。
2. GABA : γ-aminobutyric acid(γ-胺基丁酸)，一種胺基酸。是大腦中抑制腦神經細胞興奮的神經傳導物質。
3. 興奮性神經細胞 : 約占大腦皮質全體神經細胞80%，軸突末端能釋放麩胺酸(glutamic acid)，使其他神經細胞興奮。
4. 2光子激發鈣離子影像法 : 為了能觀察神經細胞的活動，將特定藥物引入細胞，因細胞內鈣離子增減會改變螢光強度或波長，藉螢光信號的改變來直接觀察神經細胞的活動。
5. 微電極法 : 尖端直徑1微米至數微米(micron)以下的微細電極插入腦內，直徑數微米至20微米左右細胞本體的神經細胞，會釋放神經訊號，此時在細胞內或細胞外紀錄其電位變化的方法。

延伸閱讀：

1.刺激影響神經纖維發育方向

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=52196

2.神經傳導物質（Neurotransmitter）

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=48143#more-48143