会错乱。拿最简单的模式生物为例----果蝇的大脑----突触连接只是冰山一角。
前几年神经领域有一个重要的项目被完成,叫connectomics,通俗理解起来就是对神经连接在细胞层面的解析。因为人、哪怕是小鼠的大脑都太大了,神经数目太多太复杂,实在是不好弄。
出于对实验效率的考量,以及果蝇作为“有基本自主行为能力”的生物的客观事实,就用果蝇的小小的大脑开启了这种图谱工作。一方面,果蝇的学习记忆能力,在一定层面上可以代表生物整体学习记忆的基本运作逻辑;另一方面,也算是为后面其他大模式生物的同类工作打个样,包括需要做什么工作、拍照要用什么条件、多大数据量、精度、怎么分析、怎么修正等等。
鉴定出来一两个突触虽然花时间、但也不难;所以里程碑的意义不在一两个突触,而是在果蝇全脑的突触被解析出来那一刻。确切的说,是一只成年雄果蝇的全脑connectomics。而最直观的理解connectomics,就是每一个细胞作为一个节点,都和哪些细胞建立了连接。所以图谱可以被线性化,变成一个点个线组成的网状图。
这个模型如果百分百完整,那就可以像问题中说的一样,只要保证了拓扑结构、就不破坏信号通路和神经传递。
确实是一个大课题,但做出来以后,最大的意义就是发现,“哦我们还需要知道更多的信息”。
所以人们马不停蹄开始了原地重复雌果蝇、小果蝇;与此同时,也发现了突触连接虽然重要,但觉不代表100%的神经活动,更不要说决策和行为能力。
突触不能涵盖的连接方式有很多,其中之一就是细胞-细胞之间的直接连接,比如gap junction。
之所以这么称呼,就是gap junction只发生在细胞膜直接相连的两个细胞之间,中文称为间隙连接。具体到分子结构上,是由叫做连接子(connexon)的蛋白复合体负责沟通两个细胞膜。
连接子是一个六蛋白复合体,像一朵花一样形成一个中间可以开合的通道。既然可以开合,就会有特定的物质运输,一般都是小分子和离子。
这种物质运输可以在两个细胞间直接建立化学和电信号的联系。由于gap junction本身距离短、小分子扩散性强,这种特征让gap junction特别适合在组织细胞中负责实现细胞的同步性。
例如在心肌中,gap junction保证了电信号的同步传递,从而协调心脏的收缩。在神经元里,gap junction有助于传递电活动、协调复杂运动中的多种细胞各自的活性。相邻的细胞还可以通过gap junction共享营养物质和代谢产物,例如葡萄糖和小的代谢分子,从而实现代谢协同。
在gap junction中所涉及到的物质传递,和突触的机制完全不同,没有神经递质的释放和回收、甚至连特定受体都不存在,就只是一个通道结构而已。
可是,gap junction却与很多疾病密切相关,比如由其异常导致心律不整或心力衰竭、遗传性耳聋、癫痫。至少说明,神经连接除了靠突触,彼此的真实物理接触也是至关重要的。