神经环路并非一成不变，可在来自外界刺激的“调教”下修正、重塑

　　人类的大脑包含大约1000亿个神经元，这个数字是整个银河系恒星数目的10倍。平均每个神经元又与其他神经元形成约1000个被称为“突触”的联接节点。也正因为有了这些将兴奋性或抑制性的输入信息传来送往的神经元“信使”，大脑才能调控人的感觉、运动、记忆与情感。

　　于翔研究员和该论文的第一作者、博士研究生边文杰告诉记者，大脑与外部世界的“互动”远不止简单的信息交换。科学家早已发现，大脑的某些功能会在外界刺激的影响下发生改变，即大脑具有可塑性。那些负责感觉、运动、记忆、情绪的神经环路，并非一成不变，而是不断地在来自外界刺激的“调教”下修正、重塑。

　　比如，在人的青春期，神经系统会经历一场奇妙的自我优化“魔术”，“魔术”的名字叫“树突棘修剪”。树突棘是神经系统中的一种微结构，在大脑发育早期，树突棘的数目与突触一样快速增加，形成功能性的神经网络。然而它并非永远多多益善，当神经网络的复杂度达到一定程度后，即在由青春期渐入成年期的阶段，树突棘的总数反而显著减少，也就是说已形成的联接会被“修剪”，从而达到最佳的信息传递与储存效果。科学家在包括自闭症、精神分裂症在内的发育性神经系统疾病中，均发现了树突棘修剪的异常。然而，背后调控这一切的分子机制，始终悬而未决。

　　神经系统以竞争机制保证输入较强的环路联接被保留并强化

　　于翔研究组试图在小鼠实验中寻找答案，实验模型是与小鼠触须相对应的大脑感觉区域——桶状皮层，因为小鼠的触须是一种非常发达的感觉器官，觅食、探索、感知危险等日常活动都有赖于触须的感觉输入。研究人员从中发现了树突棘的竞争关系：胜者更加强壮与成熟，而失败的一方则接受被修剪的惩罚。

　　那么，又是谁主宰着树突棘的不同命运？研究组在体外培养的海马神经元体系中，用活细胞成像、光遗传学等手段找到了答案：是对一类名叫“cadherin/catenin细胞粘附复合物”（又称3C复合物）的关键分子的竞争，决定了树突棘的命运。好资源总是稀少的，细胞内的3C复合物不足以满足每一个树突棘的需求，谁抢到了更多，谁就更易存活与成熟，而它的邻居则沦为倒霉蛋，因掌握的3C复合物太少而更易被修建掉。“越来越多的3C复合物不断积累到获胜的树突棘中，而那个失败的树突棘不断失去3C复合物，只能任由自己的结构松散、崩溃，最后难逃被修剪的命运。”于翔指出，神经系统以这样一种简单的竞争机制保证了使用频率较高、输入较强的环路联接被保留下来并加以强化，而使用频率低、输入较弱的联接被去除，从而使系统资源得到最优化的分配，神经环路的联接更加精确。