当我们的血清素中心被触发时会发生什么
我们的大脑由数百亿个称为神经元的神经细胞组成。这些细胞通过称为神经递质的生物分子相互交流。血清素是一种神经递质，由我们大脑中的血清素神经元产生，影响我们的许多行为和认知功能，例如记忆、睡眠和情绪。
冲绳科学技术大学院大学(OIST)的科学家和庆应义塾大学医学院的合作者利用小鼠研究了大脑中血清素的主要来源—— 背缝核(DRN)。通过首次研究激活大脑的“血清素中心”如何影响清醒动物，他们发现来自 DRN 的血清素会激活影响行为和动机的大脑区域。
“了解大脑的血清素系统可以帮助我们理解我们如何调整自己的行为以及情绪治疗药物如何发挥作用。但研究 DRN 中的血清素如何影响整个大脑却很难。首先，因为 DRN 的电刺激也可以激活不使用血清素相互交流的神经元，其次，使用药物会影响大脑中的其他血清素，”OIST 神经计算部门前博士生、这项研究发表在《自然通讯》 杂志上的论文的主要作者 Hiroaki Hamada 博士解释说。
神经计算部门的研究人员此前的研究表明， DRN 中的血清素神经元会促进小鼠与未来奖励相关的适应性行为。Hamada 博士和他的同事希望了解大脑中导致这些适应性行为的机制。
神经计算部门负责人 Kenji Doya 教授表示：“我们知道 DRN 血清素激活对行为有很大影响，但我们不知道这种血清素激活如何影响大脑的不同部位。”
观察整个大脑对 DRN 血清素激活的反应
研究人员使用一种名为光功能磁共振成像 (Opto-Functional MRI) 的新技术来解决这个问题。他们使用一种名为光遗传学的方法，用光选择性地激活 DRN 中的血清素神经元，并使用功能磁共振成像 (MRI) 观察整个大脑的反应。他们利用最新的 MRI 扫描仪和强磁场来实现研究小鼠小脑所需的高分辨率。将小鼠放入 MRI 扫描仪中，并定期刺激血清素神经元，以观察这对整个大脑的影响。
他们发现，DRN 血清素刺激会引起大脑皮层和基底神经节的激活，这些大脑区域与许多认知功能有关。这一结果与之前在麻醉下进行的研究大不相同。此外，大脑对血清素刺激的反应与血清素受体(血清素激活的蛋白质)的分布以及 DRN 血清素神经元的连接模式密切相关。
“当我们激活 DRN 中的血清素神经元时，从高场 MRI 图像中我们可以清楚地看到大脑中哪些区域在清醒状态和麻醉状态下被激活和失活，”Hamada 博士说。“之前的一项研究表明，大脑皮层和基底神经节在麻醉状态下大多处于失活状态，我们也观察到了这一点，然而，在清醒状态下，这些区域被显著激活。”
大脑皮层和基底神经节是大脑中对许多认知过程至关重要的部分，包括运动活动和获得食物和水等奖励的行为。因此，DNR 血清素神经元的激活会导致动机和行为的变化。
耐心并刺激自己的血清素
将高场 MRI 和光遗传学新技术结合起来，给 Hamada 博士带来了许多必须克服的障碍。“我们引入并改进了我们的合作者以前使用的方法，并在 OIST 建立了许多新程序。对我来说，当时最大的挑战是使用新的 MRI 机器，所以我需要有耐心并刺激自己的血清素。之后我开始做很多运动，”他笑着说。
第一次看到 DRN 中的激活，对 Hamada 博士来说是一个难忘的时刻。一开始，他使用与同事相同的光强度，但这种光强度太弱，无法在 MRI 中看到大脑反应。然后，他使用更大的光纤并增加强度来刺激 DRN。
Doya 教授指出，下一个要实现的重要里程碑是准确了解这种大脑范围内的血清素激活是如何发生的：“重要的是要找出大脑中允许这种激活的实际分子机制。对于那些希望在不同情况下更好地调整自己的行为和思维的人来说，了解更多有关血清素如何帮助控制我们的情绪的信息也会很有帮助。”
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