小脑中的过程涉及影响运动学习的各种疾病。使用波鸿研究小组开发的新工具可以更好地研究这些：一种与部分兴奋性受体结合的光激活蛋白。

这种光遗传学工具允许光激活小脑神经元中的信号通路并观察其影响。例如，德国波鸿鲁尔大学 Stefan Herlitze 教授研究小组的 Ida Siveke 博士领导的小组能够证明信号通路参与小脑控制的运动学习。研究人员于2022 年 12 月 16 日 在iScience杂志上报告了他们的发现。

大脑适应

人脑最迷人的特性之一是其可塑性。这意味着大脑会根据外部和内部条件调整其活动。神经元回路的功能以及行为、思想或感觉会因此发生变化。例如，神经元可塑性可能由发育或疾病相关的激素平衡变化引起，但也可能由药物或基因变化引起。为了研究这如何受到神经细胞或受体的个体群的影响，研究人员使用光遗传学方法。这涉及使用光激活蛋白来专门可视化神经元信号或通过光控制细胞功能。

1 型代谢型谷氨酸受体(简称 mGluR1)在小脑神经元可塑性中起着重要作用。它的激活会导致神经细胞之间的某些连接(即所谓的突触)发生变化。

一种工具有助于观察小脑

“为了研究和调节小脑的可塑性，我们开发了一种光遗传学工具，使我们能够通过光调节 mGluR1 信号级联，”Ida Siveke 和 Tatjana Surdin 报告说。这种称为 OPN4-mGluR1 的工具由一种光敏蛋白、黑视蛋白或 OPN4 组成，它与部分 mGluR1 受体结合，可以被引入各种细胞并在那里产生。

“这使我们能够以与自然发生的方式相同的方式激活信号通路。但现在是通过光，”Tatjana Surdin 解释说。激活会导致神经细胞中钙浓度的增加以及小脑某些细胞(浦肯野细胞)的活性增加。信号通路的激活会长时间下调特定突触(平行纤维-浦肯野细胞突触)的功能。