训练神经回路在菜早期使更锐利的反应

当涉及到训练神经回路的组织工程或生物医学应用，一项新的研究表明一个关键参数：训练他们年轻。

训练工程神经回路的技术通常涉及在细胞完全成熟后训练它们。利用从小鼠干细胞中提取的光敏神经元，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员发现，在整个早期细胞发育和网络形成过程中训练它们，可以显著改善由此产生的神经网络的连接、反应和基因表达。他们在《科学报告》杂志上发表了他们的研究结果。

这项研究的第一作者、研究生盖尔森·帕根-迪亚兹(GelsonPaagan-Diaz)说："这就像一只老狗在学习新技巧，而不是一只年轻的小狗。"当我们训练一个网络时，如果我们在网络仍然像小狗一样刺激网络时，我们可以比已经成熟时对训练得到更好的反应。

改进的神经训练在生物工程和再生医学中有许多应用。例如，伊利诺伊州团队希望使用训练有素的神经回路来控制微型生物混合机器的运动和行为。早期培训产生的改进类型可以赋予机器和电路更多的功能，并赋予研究人员更精确的控制这些功能。研究负责人、伊利诺伊州格兰杰工程学院院长、生物工程学教授拉希德·巴希尔(Rashid Bashir)表示："随着我们推进使用活细胞制造机器的领域，能够在神经元细胞和网络的早期利用光来刺激和编程，这可能是我们工程库中的重要工具。此外，这项工作可能对发育生物学、再生医学和大脑研究产生影响。

为了训练神经元，研究人员使用时间过的光脉冲来刺激细胞。当细胞发育初期，研究人员就开始了训练方案——成团干细胞，称为胚胎体，成为运动神经元。他们继续训练，因为细胞分化，成为完全成熟的神经元，并进一步继续后，转移细胞到板连接和形成神经回路。

然后，他们将早期训练有素的电路与先培养和训练后训练的电路进行比较，这是通常的方法。

帕根-迪亚兹说，研究人员发现了这些群体之间的一些差异。在发育过程中训练的神经元中，他们看到更多的扩展指示细胞之间的连接，细胞之间发送的神经递质包增加，以及更结构化的神经激发，表明网络稳定性更高。早期训练的影响是持久的，而后来训练的细胞往往有暂时性反应。

"你可以认为神经元就像运动员在训练，"帕根-迪亚兹说。"光刺激就像神经元的常规锻炼一样，它们更强壮，更运动，而且工作做得更好。为了确定这些变化的基础，研究人员分析了神经元的遗传活性。巴希尔说，他们看到了与网络成熟度和神经功能相关的基因表达的增加，这表明早期训练可能随着细胞的发展而永久改变遗传途径。

研究人员正在继续探索哪些类型的活动可以通过胚胎体阶段的早期神经元训练来增强或编程。帕根-迪亚兹说，胚胎体可能是生物机器的有用构建基块成分，也为再生医学提供了希望。

帕根-迪亚兹说："以前的研究表明，植入受伤小鼠体内的运动神经元的胚胎体可以改善组织的再生。"如果我们能在将胚胎体放入受伤的模型之前改善或增强它们的功能，那么从理论上讲，我们可以增强恢复能力，超越注射它们，然后刺激它们。