科學家詳細介紹了與神經系統(tǒng)疾病有關的大腦動力學

當你做白日夢，或沉思某件麻煩事，或思考過去，或計劃未來時，你大腦中最活躍的部分是默認模式網絡，即 DMN，其中包括部分前額葉皮層。長期以來，科學家們一直假設 DMN 動力學的變化在某些行為中起主要作用，例如與注意力缺陷多動障礙相關的行為;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。

但科學家們還沒有完全理解控制 DMN 動力學的精確機制?，F(xiàn)在，由神經病學副教授 Ian Shih 博士領導的 UNC 醫(yī)學院研究人員通過實驗記錄了神經元和大腦化學物質在大腦區(qū)域之間的相互作用，從而導致了 DMN 動力學的改變。

發(fā)表在《科學進展》雜志上的這項針對小鼠的研究提供了證據(jù)，證明 DMN 動力學是如何通過激活藍斑 (LC)(腦干中釋放去甲腎上腺素的小腦核)來改變的。它還提出了恢復 DMN 功能的新治療目標。

UNC 生物醫(yī)學研究想象中心 (BRIC) 的資深作者兼動物 MRI 中心 (CAMRI) 主任 Shih 說：“許多大腦成像儀對識別控制大規(guī)模大腦網絡的電路機制有著濃厚的興趣。” “但一個特定的神經遞質系統(tǒng)如何改變全腦動態(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和連通性，從而導致 DMN 的變化。”

Shih 和第一作者 Esteban Oyarzabal 博士在進行這項研究時是 UNC-Chapel Hill 的一名研究生，他們領導了一種在 LC 中表達合成受體的轉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 DMN 的影響。

創(chuàng)建一個模型來表達這些合成受體使研究人員能夠通過使用可以選擇性激活這些受體的化合物來操縱腦細胞活動。這種由 UNC 藥理學研究員 Byran Roth 醫(yī)學博士開創(chuàng)的“化學遺傳學”技術非常適合 Shih 的團隊在 fMRI 期間操縱 LC。他們發(fā)現(xiàn)激活 LC 會導致該區(qū)域的血管收縮，同時增加 DMN 額葉皮質區(qū)域的低頻 fMRI 活動變化。

然后，科學家們創(chuàng)建了一個光學測量平臺，以同時測量去甲腎上腺素釋放量、神經元鈣活動和腦血容量變化。他們證明來自 LC 的去甲腎上腺素可以增加額葉皮層神經元的尖峰活動，同時減少血容量。

“這對 fMRI 數(shù)據(jù)的解釋具有重要意義，”Shih 說，“因為已廣泛證明大腦中的神經元和血管活動是相關的。現(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 神經元的化學遺傳學激活增強了 DMN 額葉皮層區(qū)域內神經元的交流。他們發(fā)現(xiàn)大腦的壓后皮質和海馬區(qū)可以調節(jié)這種功能連接。

“我們相信，當阿爾茨海默病和帕金森病中的 LC 神經元退化時，這兩個區(qū)域可能成為控制額葉皮質區(qū)域和恢復 DMN 功能的新靶點，”Shih 說。

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