當(dāng)你做白日夢(mèng)，或沉思某件麻煩事，或思考過(guò)去，或計(jì)劃未來(lái)時(shí)，你大腦中最活躍的部分是默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)，即 DMN，其中包括部分前額葉皮層。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直假設(shè) DMN 動(dòng)力學(xué)的變化在某些行為中起主要作用，例如與注意力缺陷多動(dòng)障礙相關(guān)的行為;和疾病，例如阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥;以及抑郁癥和自閉癥等疾病。
但科學(xué)家們還沒(méi)有完全理解控制 DMN 動(dòng)力學(xué)的精確機(jī)制?，F(xiàn)在，由神經(jīng)病學(xué)副教授 Ian Shih 博士領(lǐng)導(dǎo)的 UNC 醫(yī)學(xué)院研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)記錄了神經(jīng)元和大腦化學(xué)物質(zhì)在大腦區(qū)域之間的相互作用，從而導(dǎo)致了 DMN 動(dòng)力學(xué)的改變。
發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的這項(xiàng)針對(duì)小鼠的研究提供了證據(jù)，證明 DMN 動(dòng)力學(xué)是如何通過(guò)激活藍(lán)斑 (LC)(腦干中釋放去甲腎上腺素的小腦核)來(lái)改變的。它還提出了恢復(fù) DMN 功能的新治療目標(biāo)。
UNC 生物醫(yī)學(xué)研究想象中心 (BRIC) 的資深作者兼動(dòng)物 MRI 中心 (CAMRI) 主任 Shih 說(shuō)：“許多大腦成像儀對(duì)識(shí)別控制大規(guī)模大腦網(wǎng)絡(luò)的電路機(jī)制有著濃厚的興趣。” “但一個(gè)特定的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)如何改變?nèi)X動(dòng)態(tài)仍然不完全清楚。我們的工作有助于解釋去甲腎上腺素如何影響大腦活動(dòng)和連通性，從而導(dǎo)致 DMN 的變化。”
Shih 和第一作者 Esteban Oyarzabal 博士在進(jìn)行這項(xiàng)研究時(shí)是 UNC-Chapel Hill 的一名研究生，他們領(lǐng)導(dǎo)了一種在 LC 中表達(dá)合成受體的轉(zhuǎn)基因小鼠模型中的功能磁共振成像 (fMRI) 研究。然后他們檢查了 LC 對(duì) DMN 的影響。
創(chuàng)建一個(gè)模型來(lái)表達(dá)這些合成受體使研究人員能夠通過(guò)使用可以選擇性激活這些受體的化合物來(lái)操縱腦細(xì)胞活動(dòng)。這種由 UNC 藥理學(xué)研究員 Byran Roth 醫(yī)學(xué)博士開創(chuàng)的“化學(xué)遺傳學(xué)”技術(shù)非常適合 Shih 的團(tuán)隊(duì)在 fMRI 期間操縱 LC。他們發(fā)現(xiàn)激活 LC 會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域的血管收縮，同時(shí)增加 DMN 額葉皮質(zhì)區(qū)域的低頻 fMRI 活動(dòng)變化。
然后，科學(xué)家們創(chuàng)建了一個(gè)光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，以同時(shí)測(cè)量去甲腎上腺素釋放量、神經(jīng)元鈣活動(dòng)和腦血容量變化。他們證明來(lái)自 LC 的去甲腎上腺素可以增加額葉皮層神經(jīng)元的尖峰活動(dòng)，同時(shí)減少血容量。
“這對(duì) fMRI 數(shù)據(jù)的解釋具有重要意義，”Shih 說(shuō)，“因?yàn)橐褟V泛證明大腦中的神經(jīng)元和血管活動(dòng)是相關(guān)的?，F(xiàn)在，我們表明這種耦合受到去甲腎上腺素存在的影響。”他們還證明了 LC-NE 神經(jīng)元的化學(xué)遺傳學(xué)激活增強(qiáng)了 DMN 額葉皮層區(qū)域內(nèi)神經(jīng)元的交流。他們發(fā)現(xiàn)大腦的壓后皮質(zhì)和海馬區(qū)可以調(diào)節(jié)這種功能連接。
“我們相信，當(dāng)阿爾茨海默病和帕金森病中的 LC 神經(jīng)元退化時(shí)，這兩個(gè)區(qū)域可能成為控制額葉皮質(zhì)區(qū)域和恢復(fù) DMN 功能的新靶點(diǎn)，”Shih 說(shuō)。
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