一種不尋常的成像技術和蠕蟲激發的好奇心揭示了對哺乳動物腦細胞奈米級結構的新見解，特別是在神經元之間傳遞訊號。
「軸突是連接我們大腦組織的電纜，可以實現學習、記憶和其他功能，」約翰霍普金斯大學的資深作者 Shigeki Watanabe 說。
這些結構比人類頭髮的寬度小約 100 倍。
至少一個世紀以來，科學家一直假設軸突的形狀像管子，直徑基本上恆定。事實上，傳統的成像技術，如光和始終表現出相對均勻的軸突。
然而，這些成像技術通常需要已知會引入偽影的組織固定和脫水步驟。相反，渡邊和同事使用高壓冷凍電子顯微鏡對小鼠大腦的神經元進行成像。
「為了用標準電子顯微鏡觀察奈米級結構，我們對組織進行固定和脫水，但冷凍它們可以保留其形狀——類似於冷凍葡萄而不是將其脫水成葡萄乾，」渡邊說。
新圖像顯示，軸突上到處都是氣泡狀的凸起，這使它們看起來像繩子上的珠子。研究人員將這種現象稱為「軸突珍珠化」。 （這項研究的重點是無髓鞘神經元，它們沒有外髓鞘。）
渡邊先前曾在蠕蟲神經系統中發現軸突珍珠化，促使人們在哺乳動物神經元中尋找它。
「這些發現挑戰了一個世紀以來對軸突結構的理解，」渡邊說。
數學模型和小鼠大腦樣本實驗表明，軸突珍珠化可以透過作用於細胞膜的生物物理力來解釋。研究團隊發現，可以透過實驗改變軸突周圍的糖和膽固醇濃度來改變這些。
去除膽固醇會減少珍珠化，從而降低軸突傳輸電訊號的能力。 「軸突中更寬的空間允許離子更快地通過並避免交通擁堵，」渡邊解釋道。
這些結果對我們理解神經元結構如何影響大腦功能具有重要意義。例如，研究團隊發現高頻電刺激會導致珍珠狀結構暫時膨脹，從而提高訊號傳輸速度。
Watanabe 和同事計劃下一步研究人類軸突，特別是來自患有以下疾病的患者的軸突：。
該研究是發表在自然神經科學。
