大腦如何在睡眠期間控制血液流動(dòng)

(資料圖)

即使在我們睡著的時(shí)候，大腦也不會(huì)完全休息。令人驚訝的是，睡眠大腦中的血流量可能比處于清醒狀態(tài)時(shí)更大。這允許大腦去除廢物代謝物，這對(duì)于防止癡呆等神經(jīng)功能障礙的發(fā)展和進(jìn)展很重要。然而，睡眠大腦如何增加血流量的確切機(jī)制尚不清楚。

由韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所神經(jīng)科學(xué)成像研究中心主任Kim Seong-Gi領(lǐng)導(dǎo)的研究人員最近發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象背后的秘密。人們發(fā)現(xiàn)，一種稱(chēng)為“小白蛋白(PV)神經(jīng)元”的抑制性神經(jīng)元分泌稱(chēng)為“P物質(zhì)”的物質(zhì)，該物質(zhì)負(fù)責(zé)血管舒張和控制流向大腦的血液。該研究發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

與其他抑制性亞型神經(jīng)元不同，以前認(rèn)為GABA能PV神經(jīng)元不釋放血管活性物質(zhì)，因此它們?cè)谘髡{(diào)節(jié)中的作用一直存在爭(zhēng)議。為了研究PV神經(jīng)元對(duì)血流調(diào)節(jié)的作用，研究人員在小鼠PV神經(jīng)元中表達(dá)了一種稱(chēng)為通道視紫紅質(zhì)-2(ChR2)的視蛋白，并通過(guò)光刺激選擇性激活PV神經(jīng)元。

通過(guò)寬場(chǎng)光學(xué)成像和功能磁共振成像(fMRI)測(cè)量對(duì)PV神經(jīng)元激活的血管反應(yīng)。此外，為了確定PV神經(jīng)元在麻醉下對(duì)血流的作用，研究人員使用氯胺酮/甲苯噻嗪讓動(dòng)物入睡。

結(jié)果表明，在輕度麻醉的動(dòng)物中，PV神經(jīng)元的刺激誘導(dǎo)血管收縮和血流量下降。隨后是緩慢的血管舒張和血流量從刺激停止后 20 秒增加到一分鐘。另一方面，在活躍的動(dòng)物中，PV神經(jīng)元活動(dòng)僅導(dǎo)致血流量減少。這意味著PV神經(jīng)元有兩種不同的機(jī)制來(lái)控制大腦血流，這取決于大腦是清醒還是睡眠。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了光遺傳學(xué)刺激后觀察到的緩慢血管舒張背后的機(jī)制。當(dāng)PV神經(jīng)元被激活時(shí)，它會(huì)抑制附近的興奮性神經(jīng)元，從而導(dǎo)致血管收縮和血流量減少。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些PV神經(jīng)元釋放一種稱(chēng)為“P物質(zhì)”的肽，該肽負(fù)責(zé)觀察到的緩慢血管舒張。P物質(zhì)激活稱(chēng)為一氧化氮合酶(nNOS)GABA能神經(jīng)元的細(xì)胞，分泌一氧化二氮，一種已知的血管擴(kuò)張劑。

目前的研究最終揭示了在睡眠期間控制血液流向大腦的因素，以及PV神經(jīng)元在這一過(guò)程中以前未知的作用。Kim主任說(shuō)：“我們的研究提出了腦血流控制機(jī)制的新研究方向，可能對(duì)失眠和睡眠障礙的治療產(chǎn)生影響。

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