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伽馬波是大腦中快速的電振盪。對學術文獻的掃描表明，伽馬波可能與學習、記憶和注意力有關，並且當受到干擾時，可能在精神分裂症、癲癇、阿爾茨海默病、自閉症和多動症中發揮作用。這個列表相當長，這也是這些以每秒 25 到 80 次的頻率迴圈的腦電波仍然讓神經科學家著迷的原因之一。
儘管人們對此興趣依舊，但在試圖弄清楚神經元內特定分子如何產生伽馬波，以及振盪如何促進大腦數萬億連線之間的交流時，仍有很多問題懸而未決。加利福尼亞州拉霍亞的索爾克研究所的一組研究人員將目光投向了卓越的腦細胞——神經元之外，以獲得關於伽馬波的新見解。
曾經，神經科學教科書將星形膠質細胞描述為神經元的“維修人員”，為大腦快速執行的資訊處理元件提供代謝支援和其他功能。近年來，隨著新的研究發現星形膠質細胞像神經元一樣，也具有資訊處理器的另一種身份，這一觀點發生了變化。這項研究證明了星形膠質細胞釋放被稱為神經遞質的化學物質的能力，這些化學物質與其他腦細胞進行交流。鑑於神經元和星形膠質細胞執行一些相同的功能，因此很難梳理出星形膠質細胞的具體作用。對於這些名義上的細胞支持者可能在形成記憶或集中注意力方面做出什麼貢獻，一直缺乏確鑿的證據。
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索爾克研究所的合作（Terrence Sejnowski、Inder Verma 和 Stephen Heinemann 的實驗室都做出了貢獻）首先透過實驗表明，星形膠質細胞內鈣的升高先於海馬組織切片中伽馬波的出現，海馬是大腦中參與記憶形成的結構。然後，研究人員繼續尋求更確鑿的證據，證明星形膠質細胞在產生伽馬波中起著關鍵作用。
他們將一種基因開關植入小鼠體內，該開關可以關閉，然後重新啟用星形膠質細胞釋放神經遞質。當細胞內的鈣水平上升到一定程度後，神經遞質就會被釋放。阻止神經遞質穀氨酸的釋放會阻止星形膠質細胞與附近的細胞進行交流。這種關閉減弱了活體小鼠大腦中的伽馬波。研究人員翻轉開關並觀察振盪變化的能力表明星形膠質細胞的訊號傳導與伽馬波的最終強度之間存在很強的因果關係。這項工作發表在《美國國家科學院院刊》最近的一期上。
“腦電波的振盪對於將成組神經元的放電耦合到功能組合中非常重要。這對於資訊處理至關重要，”美國國立衛生研究院的研究員，也是除神經元以外的腦細胞（包括星形膠質細胞）專家 R. Douglas Fields 在一封電子郵件中評論道。“以前，神經元放電的快速振盪被認為是神經元網路同步驅動其他神經元引起的，這仍然是正確的，但這項新工作擴充套件到了神經元之外，表明稱為星形膠質細胞的神經膠質細胞會釋放神經遞質，從而促進神經元組的快速振盪，從而將神經細胞耦合到功能組中。”
當星形膠質細胞訊號傳導被暫停時，伽馬波的減弱並沒有導致小鼠翻倒並失去意識。但是，一項認知測試表明，它們並沒有像預期的那樣花很多時間去了解和學習新物體。當基因開關重新開啟星形膠質細胞的訊號傳導時，這種異常行為就會逆轉。“透過找到一種選擇性地阻斷伽馬波的方法，我們已經證明了這些振盪對於識別新物體是必要的，”Sejnowski 說。“這是因果關係的首個有力證據。但這僅僅是第一步。還需要進行更多的測試。” （Sejnowski 在影片中對此進行了更多解釋。）
配備星形膠質細胞訊號傳導開關的小鼠可能在未來的實驗中證明是有用的，並且可能使研究人員能夠繼續探索伽馬波如何使人們識別出新的和不同的事物，這對人類在世界上生存也至關重要。
圖片來源：Togo Picture Gallery/Wikimedia Commons