[每日一图|科普神经科学] (6) 2011-03-04

"非典型"神经细胞信息传递

我这里要讲到的"非典型"并非不多见不普遍,而仅仅是与我前面所讲的电信号-化学信号偶联不同.

1,电突触

如果电信号(动作电位)直接从一个细胞传至另外一个细胞而不经过释放和接收化学信号的过程,最简单的就能让两个细胞膜内的电解质相互连通起来,连接成一个导体.有这样一种蛋白正是起着这样的一种功能,它们可以在相互紧挨着的两个细胞的细胞膜之间形成一条通道把两个细胞的膜内溶液连通起来(如图).这样的结构被称为缝隙连接(gap junction),也被称为电突触.电突触相比化学突出而言最大的好处就是速度快(化学分子释放扩散的速度慢得多了),另外还可以双向传导(化学信号只能在一侧释放一侧接收).

电突触在高等动物的高级功能里面的作用看上去不那么重要,但是在许多低等生物当中则发挥了无可替代的作用.比如在某些鱼类的脑中,从声音感受器到身体运动输出的神经环路中间经过的突触连接很少而且为电突触,这样就大大节省了信息传递所需要的时间,提高了鱼类从捕食者口中逃跑的成功几率.

2,代谢型受体

前面介绍了一些神经递质结合在其受体上,可以打开一个离子通道把化学信号转换成为电信号.但是有些受体不能形成通道而是能够活化细胞内的化学信号分子.当神经递质结合在这种受体(称为代谢型受体)上,受体的构象改变(简单理解就是形状改变)化学性质改变,继而活化了细胞内的其它信号分子(就是催化了某种化学反应产生了新的产物),这些细胞内的信号分子又可以继续跟其它的信号分子或者各种功能的蛋白质相互作用,催化多种细胞内化学变化.在这个过程当中,细胞外的化学信号不用转换成电信号而是传导至细胞内的化学信号.举个例子,大脑皮层中多数五羟色胺受体都是代谢型的受体,近期研究成果表明,早期神经系统发育过程中五羟色胺作用于干细胞可以活化许多细胞内信号分子进而改变基因表达情况(如图右),最终促进干细胞发育形成有正确功能的神经细胞.

 

神经细胞的电信号和化学信号都是神经细胞的"语言",它们的存在就是它们有着重要生理功能的证据.我们可以理解电子计算机的电信号"语言"如何计算和存储信息,但是科学家们始终无法真正理解神经细胞的化学"语言"和电"语言"如何相互协同编码信息,处理计算和存储信息.