从神经元到神经元的信息传递的基本过程通过神经元之间的突触（电子和化学信号传递）的中继发生。称为动作电位的电信号导致突触前神经元上的电压门控钙通道打开。钙通过通道的流入触发神经递质（化学信使）的释放，神经递质穿过突触传递到接力中的下一个神经元，传递信息。
 
“控制信息流强度所涉及的机制对于大脑功能至关重要，”爱荷华州卡佛医学院解剖学和细胞生物学副教授，爱荷华神经科学研究所成员Samuel Young博士说。。“控制信息流的关键是钙通过突触中钙通道的流入，这取决于突触前膜中嵌入钙通道的数量。尽管它们很重要，但我们不明白控制钙通道数量的因素是什么。突触。“
 
在中枢神经系统中，Cav2家族的电压门控钙通道有三种亚型。其中，Cav2.1在触发突触中神经递质释放方面效率最高，因为与其他Cav2亚型相比，它存在于更高水平。Cav2.1亚型也是与称为Cav2通道病的人类疾病相关的主要同种型，其包括偏头痛，癫痫和共济失调的形式。
 
更好地了解Cav2.1和其他参与神经传递的钙通道是如何受到调节的，可能会揭示治疗性加强在疾病状态下失败的突触的方法。
 
控制钙通道
 
该领域目前的教条已经提出活性区，即控制神经递质释放的突触上的专门位点，只能容纳特定数量的Cav2钙通道并且总是充满容量。特别是，这表明不可能增加Cav2.1通道的数量。因此，这限制了突触强度可以增加的手段。
 
“我们能够证明，实际上你可以在活动区域​​放置更多的Cav2.1通道，表明活动区域没有填满容量。此外，增加更多通道可以增加突触强度，”Young说，他是该公司的高级作者。  
该研究还通过显示Cav2.1通道优于Cav2.2来推翻先前关于哪种通道亚型占优势的思考。
 
该团队还表明，这些发现对于早期和成熟发育时间点的神经回路都是正确的。
 
“这意味着在生物体的整个生命周期中，能够投入更多的钙通道，”Young补充道。
 
创新推动发现
 
Young和他的团队使用他们开发的几种创新技术发现了他们的发现。例如，称为辅助依赖性腺病毒载体的基因治疗载体，其具有比更传统载体更大的携带能力，允许它们将编码钙通道的相对大的基因递送到天然完整的神经元回路中。它们还具有允许神经元中钙通道过表达的系统。这两种技术一起使团队能够强制过度表达不同的钙通道亚型，以研究对突触强度的影响。
 
此外，该团队使用了一种成像技术，可以用黄金标记单个钙通道，并允许科学家可视化钙通道并物理量化活动区域中的通道数量。
 
“这项技术使我们能够证明这些变化确实是由于通道数量的增加，因为我们可以直接观察各个钙通道并测量它们，”Young说。
 
研究结果表明，有可能增加活性区钙通道的数量，这是加强神经元之间神经传递的一种方法。
 
“现在我们知道在突触或某些其他检查点必须有特定的机制来控制使用的通道的比例和类型。但是这些机制是一个很大的未解决的问题，”Young说。“基本上，这项研究开辟了一条全新的研究途径和思考突触如何调节突触强度的新方法。此外，这些研究结果将为神经系统如何编码信息，促进治疗方法的发展提供基本见解。广泛的神经和神经精神疾病。“