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光明新闻合肥10月19日电 记者丁毅、张赫从中国科学技术大学获悉，毕国强教授团队17日在《科学》杂志上发表神经科学领域突破性研究成果。它揭示了大脑高效传递信息的“微妙密码”，为研究相关脑部疾病的机制提供了新的视角。经过15年的持续研究，毕国强教授团队基于毫秒级时间分辨冷冻电镜技术，成功捕捉到了突触小泡释放和快速回收的完整动态过程，提出了新的“逃逸/融合/接吻契约”模型，解决了突触小泡领域半个世纪以来的重大争议。泌尿科学。大脑功能的实现取决于数千亿个神经元之间高效、精确的突触通信。突触小泡作为神经递质的载体，其释放机制一直是神经科学领域的重要课题。自20世纪70年代以来，科学界围绕囊泡释放机制形成了两种相互竞争的模型：“完全融合”和“亲吻和逃逸”。然而，囊泡释放过程发生在毫秒尺度上，结构变化发生在纳米空间尺度上，使得传统技术难以捕捉其瞬时动态。这场争论已经困扰了神经科学领域 50 年。为了解决这一问题，毕国强教授团队与多个国家和国际团队合作，开发了一种具有毫秒分辨率的原位冷冻电镜技术。通过创新地将光遗传学刺激和快速荧光相结合通过冻结输入，我们实现了神经元突触传递过程的毫秒级“动态冻结”。在他们的实验中，他们在神经元中表达光敏蛋白，并使用激光精确刺激动作电位，触发突触小泡的释放。随后，载有样品的电子显微镜架在给定时间内快速落入冷冻剂中，细胞立即被取出。通过精确控制照射和冷冻之间的时间，研究人员能够拍摄样本的结构快照。不同释放阶段的囊泡，从 4 毫秒到 300 毫秒。研究团队进一步解释说，基于对数千个高分辨率三维结构数据集的系统分析，他们发现囊泡释放和快速回收是一个动态过程，可以分为三个阶段。首先，囊泡与突触前膜形成纳米级融合孔嗯，一个“吻”。然后它们迅速收缩成表面积一半的小囊泡。这称为“收缩”。最后，大多数囊泡以“逃逸”方式回收，一些囊泡经历“完全融合”。毕国强说：“中间收缩是关键，它为突触高效、高保真信号传输提供了结构基础。”这一成果为深入理解神经元信息处理相关的大脑功能和疾病机制提供了新的视角。与此同时，时间分辨冷冻电子显微镜技术的发展提供了一个创新的方法平台来研究细胞内其他快速的重要过程，例如病毒进入和细胞分泌。