乙酰胆碱在大脑中的作用(乙酰胆碱是大脑中重要的什么性的神经递质)
在生活中,很多人可能想了解和弄清楚神奇的大脑信使——乙酰胆碱的生命轮回之路的相关问题?那么关于乙酰胆碱在大脑中的作用的答案我来给大家详细解答下。
大脑的组件神经元在彼此交流时,需要信使,这些信使称为神经递质。神经递质携带信息从突触前神经元轴突末端释放出去,随后,下一个神经元拾取这些神经递质,并“解读”之。
神经递质可能是一种氨基酸,如谷氨酸、γ-氨基丁酸等,也可能是单胺类物质,如多巴胺,还有可能是其他类型的物质,例如乙酰胆碱(ACh,Acetylcholine)。
乙酰胆碱的结构
乙酰胆碱的合成、释放和回收
关于乙酰胆碱的合成和回收,科学家已经研究得比较清楚。
在乙酰胆碱转移酶(ChAT,choline acetyltransferase )的作用下,乙酰辅酶A上的乙酰基转移到胆碱上,生成乙酰胆碱。这一过程在神经元内完成。
生成后,乙酰胆碱在囊泡乙酰胆碱转运蛋白(VAChT,Vesicular acetylcholine transporter)的作用下,转运至囊泡内。
当神经元发放动作电位时,囊泡内的乙酰胆碱释放到突触间隙,扩散至下一神经元的突触后膜,随后跟膜上的乙酰胆碱受体结合,引发下一级神经元的反应。
而在突触间隙,乙酰胆碱由位于突触后膜上的乙酰胆碱酯酶(AChE,Acetylcholinesterase)降解,变成胆碱和乙酸(acetic acid),从而终止乙酰胆碱的效应。
胆碱在细胞膜上的胆碱转运体(ChT,choline transporter )的作用下,回收进突触前神经元,重新进入乙酰胆碱的生命轮回。
乙酰胆碱生命周期中的主要蛋白,如ChAT、VAChT、AChE等,经常被用来作为乙酰胆碱、乙酰胆碱神经元存在的标志。
除了上述点对点的经典化学突触传递外,乙酰胆碱还有另外一种传递方式,称为体积传递(volumn transmission)。
在这种传递方式中,并不存在一对一的突触结构。乙酰胆碱由轴突释放到细胞外,然后在神经元之间的间隙自由扩散,最终作用于扩散范围内的所有乙酰胆碱受体。这两种传递方式在很多地方同时存在。
乙酰胆碱的两种传递方式
能合成和分泌乙酰胆碱的神经元称为乙酰胆碱神经元。这些神经元在大脑内集中分布,这些集中分布点是脑内乙酰胆碱的源头。
乙酰胆碱的生命源头
大脑内的乙酰胆碱受体分布极其广泛,它们接收乙酰胆碱的信号调控。对于灵长类,释放进大脑的乙酰胆碱,主要源于三个位置的乙酰胆碱神经元。
1. 脑干(brainstem)
彩色部分为脑干
脑干内乙酰胆碱神经元主要投射到丘脑(Thalamus)和基底神经节(Basal ganglia)。这些乙酰胆碱神经元在睡眠、觉醒、自主控制中起到重要作用。
2. 基底前脑(basal forebrain)
基底前脑
基底前脑位于纹状体的前下方,其内的乙酰胆碱神经元投射极其广泛。大脑新皮层的所有乙酰胆碱都源自于基底前脑,此外,基底前脑的乙酰胆碱神经元还投射至海马、嗅球、杏仁核等脑结构。
紫色为基底前脑乙酰胆碱投射通路,绿色为脑干乙酰胆碱投射通路
基地前脑乙酰胆碱神经元投射至不同大脑区域,会发挥不同作用。例如,在外侧前额叶,乙酰胆碱投射主要参与空间工作记忆。而在嗅皮层,乙酰胆碱投射在再认记忆中必不可少。在海马,乙酰胆碱使得外界信息更容易编码。而在初级视皮层,乙酰胆碱又跟选择性注意密切相关。
总的说来,基底前脑的乙酰胆碱神经元在许多高级认知功能中发挥重要作用,尤其在注意和记忆中,乙酰胆碱必不可少。在记忆衰退的老年人、老年痴呆病人大脑内,乙酰胆碱会大幅减少。
3. 纹状体(Striatum)
纹状体是属于前脑,基底神经节的重要成分,在运动和奖励相关的神经活动中起重要作用。
纹状体
纹状体内零星分散着少量的乙酰胆碱神经元,这些胆碱能神经元只占纹状体神经元总量的1%~2%。
纹状体中的乙酰胆碱中间神经元
纹状体中的乙酰胆碱神经元在奖励(reward)、动机(motivation)、厌恶(aversive)等相关的行为中起重要作用。
总结
乙酰胆碱不仅存在于中枢神经系统,同时也存在到外周神经系统。例如,乙酰胆碱是神经肌肉接头常见的递质。此外,乙酰胆碱也不是神经系统的专利,其他一些器官,如肾脏、肝脏、眼睛、皮肤等也可以合成乙酰胆碱,甚至免疫细胞T细胞也可以合成乙酰胆碱。
乙酰胆碱在不同细胞、不同组织器官中的作用并不相同,它就像生物体的一块朴实无华但却随处可用的砖,既可以用来建构宫殿,又可以用来当垫脚石。
在接下来的文章里,我将主要介绍大脑内乙酰胆碱的作用,欢迎关注。
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