在一项新的研究中，来自荷兰神经科学研究所和德国马克斯普朗克实验医学研究所的研究人员使用一种新技术来展示电脉冲如何在大脑中高速传播。它似乎表明包围着神经元的髓鞘形成一种产生多种电势波的同轴电缆，这些电势波的传播方式比之前预想的要复杂得多。这些发现使得我们能够提出更好的理论和工具来理解脱髓鞘疾病，包括最常见的神经系统疾病，即多发性硬化症。相关研究结果发表在2020年1月23日的Cell期刊上，论文标题为“Saltatory Conduction along Myelinated Axons Involves a Periaxonal Nanocircuit”。

大脑由大约一千亿个神经元组成。所有这些神经元都必须相互交流。这是通过交换以高达360 km/h的速度传播的电脉冲来实现的。论文通讯作者、荷兰神经科学研究所的Maarten Kole教授说，“我们知道这需要髓鞘的存在，髓鞘由包裹在神经细胞延伸区周围的多层脂肪材料组成。髓鞘通常被概念化为导致电势波沿着我们视为‘大脑的高速公路’的同轴电缆‘跳跃’的绝缘体，但这种跳跃机制尚不明确。但是，这项研究为了解大脑的硬件开辟了新途径，这是因为它可以通过快速的信号传输进行计算。”

12纳米

这些研究人员使用电子显微镜测量了神经细胞膜与这种绝缘的髓鞘之间的距离，结果证明这种距离为12纳米，大约比一根头发薄1万倍。此外，这些研究人员使用一种新技术来使得电信号可见，并利用超级计算机来计算髓鞘的具体特性。Kole解释说，“所有的这些发现共同表明髓鞘并不是绝缘的，而是像同轴电缆一样形成了一个额外的层，从而产生多种以比以前想象的更复杂的方式传播的电势波。”

多发性硬化症

这项研究还将有助于更好地了解多发性硬化症等脱髓鞘疾病。在多发性硬化症患者中，髓鞘发生破裂。这会导致越来越严重的限制，影响力量、平衡和协调，进而影响患者的活动能力。为了能够治愈和阻止多发性硬化症，重要的是要知道髓鞘的确切功能，以预测如果髓鞘功能不正常会发生什么。Kole说，“我们的研究如今可以针对电脉冲在没有髓鞘的情形下如何沿着大脑的高速公路传播提供可靠的预测。这些发现有助于理解多发性硬化症中发生的细胞变化。”