子科生物報(bào)道：紐約大學(xué)格羅斯曼醫(yī)學(xué)院(Grossman School of Medicine)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在大腦中被稱為海馬體(hippocampus)的區(qū)域有一種特殊的信號(hào)模式，過(guò)去的研究表明，海馬體與記憶形成有關(guān)，它也影響新陳代謝，即飲食營(yíng)養(yǎng)素轉(zhuǎn)化為血糖(葡萄糖)并作為能量來(lái)源供應(yīng)給細(xì)胞的過(guò)程。

這項(xiàng)研究圍繞著一種被稱為神經(jīng)元的腦細(xì)胞展開，這種腦細(xì)胞“燃燒"(產(chǎn)生電脈沖)來(lái)傳遞信息。近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)，海馬體神經(jīng)元在數(shù)毫秒的周期內(nèi)相互放電，這種放電模式被稱為“銳波漣漪"，因?yàn)樗男螤畋荒X電圖描記器(EEG)捕捉到，腦電圖器是一種用電極記錄大腦活動(dòng)的技術(shù)。

8月11日發(fā)表在《自然》雜志(Nature)網(wǎng)站上的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，海馬體的尖銳波波紋群在幾分鐘內(nèi)確實(shí)會(huì)導(dǎo)致老鼠體內(nèi)的血糖水平下降。雖然細(xì)節(jié)有待證實(shí)，但研究結(jié)果表明，這些波紋可能會(huì)調(diào)節(jié)胰腺和肝臟釋放激素的時(shí)間，可能包括胰島素，以及腦下垂體釋放其他激素的時(shí)間。

“我們的研究shou次展示了海馬體中激活的腦細(xì)胞簇如何直接調(diào)節(jié)新陳代謝，"資深研究作者Gy?rgy Buzsáki說(shuō)，醫(yī)學(xué)博士，紐約大學(xué)朗格尼健康學(xué)院神經(jīng)科學(xué)和生理學(xué)比格斯教授

“我們并不是說(shuō)海馬體是這個(gè)過(guò)程中weiyi的參與者，但大腦可能通過(guò)尖銳的波波紋在其中有發(fā)言權(quán)，"Buzsáki說(shuō)，他也是紐約大學(xué)朗格尼神經(jīng)科學(xué)研究所的教員。

胰島素是由胰腺細(xì)胞釋放的，但不是持續(xù)的，而是周期性的爆發(fā)。該研究的作者說(shuō)，由于尖波漣漪主要發(fā)生在非快速眼動(dòng)(NREM)睡眠期間，睡眠障礙對(duì)尖波漣漪的影響可能在睡眠質(zhì)量差和2型糖尿病患者的高血糖水平之間提供了一種機(jī)制聯(lián)系。

Buzsaki的團(tuán)隊(duì)之前的工作表明，在非快速眼動(dòng)睡眠期間，尖銳的波波紋參與了在同一天晚上yong久存儲(chǔ)每天的記憶，他2019年的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波紋被實(shí)驗(yàn)延長(zhǎng)時(shí)，老鼠學(xué)會(huì)更快地導(dǎo)航迷宮。

“有證據(jù)表明，出于效率的原因，大腦進(jìn)化了，使用相同的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種截然不同的功能，即記憶和荷爾蒙調(diào)節(jié)，"通訊作者David Tingley博士說(shuō)，他是Buzsaki實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者。

雙重角色

研究人員說(shuō)，海馬體是一個(gè)發(fā)揮多種作用的很好的候選大腦區(qū)域，因?yàn)樗B接到其他大腦區(qū)域，而且海馬體神經(jīng)元有許多對(duì)激素水平敏感的表面蛋白(受體)，因此它們可以作為反饋回路的一部分調(diào)整自己的活動(dòng)。新的發(fā)現(xiàn)表明，海馬的波紋作為這個(gè)循環(huán)的一部分降低了血糖水平。

廷利補(bǔ)充說(shuō):“動(dòng)物可能首先發(fā)展出一種系統(tǒng)，以有節(jié)奏的周期控制激素釋放，但當(dāng)它們后來(lái)發(fā)展出更復(fù)雜的大腦時(shí)，就會(huì)將同樣的機(jī)制應(yīng)用到記憶上。"

研究數(shù)據(jù)還表明，海馬銳波紋波信號(hào)被傳遞到下丘腦，下丘腦被認(rèn)為支配和影響胰腺和肝臟，但這是通過(guò)一個(gè)叫做外側(cè)隔的中間大腦結(jié)構(gòu)。研究人員發(fā)現(xiàn)，漣漪可能僅僅通過(guò)振幅(海馬體神經(jīng)元同時(shí)發(fā)出信號(hào)的程度)影響側(cè)隔，而不是波紋組合的順序，后者可能在信號(hào)到達(dá)皮質(zhì)時(shí)對(duì)記憶進(jìn)行編碼。

與這一理論相一致的是，在非快速眼動(dòng)睡眠中出現(xiàn)的每分鐘30次以上的短時(shí)間漣漪，會(huì)導(dǎo)致外周葡萄糖水平的下降，比單獨(dú)的漣漪要大好幾倍。重要的是，關(guān)閉側(cè)隔可以消除海馬銳波波紋對(duì)周圍血糖的影響。

為了證實(shí)海馬體放電模式導(dǎo)致葡萄糖水平下降，研究小組使用了一種叫做光遺傳學(xué)的技術(shù)，通過(guò)重新設(shè)計(jì)海馬體細(xì)胞，包括光敏通道，人工誘發(fā)漣漪。通過(guò)玻璃纖維照射這些細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生與老鼠行為或大腦狀態(tài)(如休息或清醒)無(wú)關(guān)的漣漪。與天然的波紋相似，合成波紋降低了糖的含量。

接下來(lái)，該研究小組將尋求擴(kuò)展其理論，即幾種激素可能會(huì)受到夜間劇烈波動(dòng)的影響，包括通過(guò)對(duì)人類患者的研究。Buzsaki說(shuō)，未來(lái)的研究可能還會(huì)揭示可以調(diào)節(jié)血糖波動(dòng)、改善記憶力的設(shè)備或療法。

除了廷利和布茲薩基，該研究的作者還有紐約大學(xué)朗格尼健康中心的埃金·卡亞、凱瑟琳·麥克萊恩和喬丹·卡彭特。這項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院MH122391、U19 NS104590和U19NS107616資助。