大腦中被稱為下丘腦的部分雖小但功能強大——它控制著生存所必需的基本行為和生理。這些包括飲食、性行為和防御行為、睡眠和生理控制，如體溫、體液平衡和身體對壓力的反應。
由USC Dornsife領導的一項研究發(fā)表在3月25日的《美國國家科學院院刊》上，該研究提供了第一個基于高度詳細網(wǎng)絡圖的全球網(wǎng)絡模型——下丘腦的內(nèi)部運行。這被認為是大腦最關鍵的部分，因為它支持所有哺乳動物、魚類、鳥類和許多其他動物的生命。
這項研究是確定哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)結構和組織的持續(xù)努力的一部分，科學家稱之為“神經(jīng)元項目”。
這個項目是一項開創(chuàng)性的工作，旨在更好地理解大腦，這是已知宇宙中最復雜的生物結構。目前，科學家們的工作重點是基于其灰質(zhì)區(qū)域的連接來完成哺乳動物大腦模型。
最后，他們希望將模型擴展到包括整個神經(jīng)系統(tǒng)和身體之間的連接，這些連接被稱為“神經(jīng)元”。這一成果，結合不同類型腦細胞的網(wǎng)絡圖譜，將徹底改變從心理學到醫(yī)學的諸多學科的研究。
為了建立下丘腦的網(wǎng)絡模型，科學家們嚴格分析了65個已識別的下丘腦區(qū)域中每個區(qū)域的連接數(shù)據(jù)，并跨越了40年的大腦研究。對這些數(shù)據(jù)的計算機分析揭示了一個分層的組織，它由大腦兩側下丘腦65個區(qū)域的子網(wǎng)絡組成。
在下丘腦兩側65個區(qū)域內(nèi)和區(qū)域之間的16770個可能的連接中，哈恩和他的同事匯編的數(shù)據(jù)集顯示，其中近8000個存在。
“這表明下丘腦有一個高度相關的內(nèi)部網(wǎng)絡，”南加州大學多恩西夫文學、藝術和科學學院生物科學助理教授(研究)喬爾哈恩說，他是這項研究的主要作者。
對網(wǎng)絡的計算機分析還表明，大腦兩側的兩個高級子網(wǎng)在控制行為或生理方面有顯著關聯(lián)。(見圖)
此外，最高度連接的區(qū)域或中樞位于生理相關的控制網(wǎng)絡中。哈恩說，該組織認為，下丘腦可能優(yōu)先考慮生理上的過度控制行為。
“從生存的角度來看，這個組織是有意義的，因為行為取決于一個有能力的機構，”他說。
科學家們還探索了較低層次的子網(wǎng)，并揭示了可能與許多疾病相關的新聯(lián)系，包括神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病和影響下丘腦一個或多個功能的行為障礙。
最后，當他們開發(fā)這個模型時，科學家們還發(fā)現(xiàn)了另一個發(fā)現(xiàn)：下丘腦中神經(jīng)元信號的傳遞似乎是由神經(jīng)元抑制主導的。
科學家在分析抑制和刺激神經(jīng)傳遞的遺傳標記時發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)。首先，它們在整個下丘腦形成了興奮和抑制圖。然后，他們將地圖與新的網(wǎng)絡模型進行了比較。
他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元抑制與下丘腦中最高度連接的網(wǎng)絡節(jié)點(中心)密切相關。哈恩說，這表明下丘腦作為一個整體受到限制，但它準備采取行動。
他把它比作大壩后面打開或關閉閘門釋放的水。
哈恩說：“我們不知道這一發(fā)現(xiàn)的功能性后果?！暗珡臋C械的角度來看，從一個準備采取行動的系統(tǒng)中消除抑制可以迅速取得成效。因此，它可能有利于生存。”
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