神經元傳導模式將改變人們對化合物感知的理解
十一月二十一日的Nature雜志上發表了一項新研究，顯示果蠅觸須中相鄰的嗅覺神經元可以相互阻斷，即使二者并沒通過突觸直接相連。這種通訊手段被稱為ephaptic coupling，神經元通過電場使其鄰居沉默，而不是通過突觸傳遞神經遞質。
“Ephaptic coupling這一理論已經有很長的歷史，不過人們還不清楚這種相互作用如何影響真實的生物行為，”領導該研究的耶魯大學生物學家John Carlson說。“這一領域還是一塊處女地。”
2004年法國國家農業科學研究院INRA的Jean-Pierre Rospars就曾預測，這類神經元可能存在于果蠅的感覺器官。黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）觸須中的嗅覺神經元位于充滿液體的sensilla感受器。每個感受器包含二到四個神經元，這些神經元分別對應不同的氣味，并且以特定方式組合起來。“例如草莓味神經元總是與梨味神經元搭配在一起，”Carlson說。“這些神經元都很有特色，正因如此我們才能夠了解其組合形式。”
Carlson的學生Chih-Ying Su針對ab3感受器進行了研究，這種感受器包含兩個神經元：對水果己酸甲酯敏感的ab3A，和檢測香蕉味2-庚酮的ab3B。研究人員將果蠅暴露在穩定的己酸甲酯氣流中時，A神經元保持活性。隨后研究人員吹入短暫的2-庚酮氣流，B神經元開始峰放電，而A神經元突然關閉，反之亦然。Su發現同樣的現象也發生在果蠅另外四種感受器和瘧蚊Anopheles gambiae的一種感受器中。
盡管感受器中的神經元并不通過突觸相連，但它們之間存在著明顯的相互作用。Su進行了進一步實驗來驗證這一點，他采用了阻斷突觸通訊的化合物，發現盡管相鄰神經元的峰放電模式并不協調，盡管切斷了觸須與任何中樞神經的聯系，這些神經元還是可以相互抑制。這些神經元很可能通過周圍的液體來通訊，當一個神經元被激活時，它生成電場直接改變了通過另一神經元的離子流，并關閉了其電活動。
人們曾經在大鼠小腦中的神經元（Purkinje cell浦肯野細胞）發現過ephaptic coupling現象，不過沒人知道這種相互作用有何影響，而現在研究顯示這類作用足以影響果蠅的行為。
隨后研究人員對另一種感受器進行了研究，這種感受器中的一個神經元吸引著果蠅對蘋果醋的注意力，而另一個神經元讓果蠅規避二氧化碳。Su阻斷了醋味神經元的信號傳導，使果蠅不被醋所吸引，但仍保持果蠅對二氧化碳的厭惡。隨后他把這些果蠅放到迷宮中，迷宮的兩條路都有二氧化碳，不過其中一條也有醋味，這時果蠅會選擇有醋味的路。但在沒有二氧化碳的情況下，果蠅并不會選擇有醋味的道路。研究指出，盡管切斷了果蠅醋味神經元與大腦的聯系，這種神經元依然可以抑制附近的二氧化碳神經元，當空氣中同時含有兩種化合物時，果蠅不再排斥二氧化碳。
這項研究可能徹底改變人們對化合物感知的理解，例如嗅覺和味覺。多年以來，人們認為大腦負責整合各種神經元的應答，而神經元負責檢測不同化學物質。而這項研究顯示，果蠅神經元能夠通過ephaptic coupling在信號傳到大腦之前處理嗅覺信息。
同樣的情況也可能存在于人體內，舉例來說，我們味蕾中神經元的組織形式就與果蠅感受器類似。在我們享用食物時，是否發生著ephaptic coupling呢？“這一啟示很有趣，我希望人們能在這方面進一步深入研究，”Carlson說。
Carlson指出，這項發現也具有實用價值，傳播疾病和以農作物為食的害蟲都是通過嗅覺來尋找宿主和食物。“在現實世界嗅覺非常重要，”他說。“如果能夠通過激活其他神經元來抑制害蟲尋找宿主或農作物，將會有很大幫助。”
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