科学家首次解开大脑维持生命的网络学术资讯

美国南加州大学的科学家们在下丘脑内创建了一个新的全脑网络模型。

下丘脑虽然很小，但功能很强大，是大脑中最关键的部分——它控制着对所有哺乳动物、鱼类、鸟类和许多其他动物的生存至关重要的基本行为和生理，比如饮食、性和防御行为，此外，它还能够对体温、体液平衡和应激反应等进行生理控制。

3月25日，美国南加州大学发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究基于一张非常详细的网络地图，提供了首个关于下丘脑内部活动的全脑网络模型。

这项研究是“Neurome项目”的一部分，该项目是一项开创性的工作，致力于确定哺乳动物神经系统的结构组织，旨在更好地了解宇宙中最复杂的生物结构——大脑。目前，科学家们正在建立一个基于灰质区域连接的哺乳动物大脑模型。

最终，他们希望将这个模型扩展到包括整个神经系统和身体之间的连接，统称为“Neurome”。这样的成就，再加上针对不同类型脑细胞的网络地图，将彻底改变从心理学到医学等众多学科的研究。

为了建立下丘脑的网络模型，科学家们对65个下丘脑区域的连接数据进行了严格的分析，这些数据涵盖了40年的大脑研究成果。计算机对这些数据的分析显示，大脑每一侧下丘脑的65个区域的子网络组成了一个分层结构。

在下丘脑每侧65个区域之内或之间的16770个可能连接中，研究人员整理的数据集显示，其中有近8000个区域确实存在。“这表明下丘脑有一个高度连接的内部网络，”Joel Hahn说，他是南加州大学文理学院的生物科学助理教授，也是这项研究的第一作者。

计算机对该网络的分析还表明，大脑两侧的两个高级子网络与控制行为或身体生理显著相关。此外，连接最紧密的区域位于与生理相关的控制网络中。Hahn说，这个组织表明，下丘脑可能会优先考虑生理控制而非行为控制。

“从生存的角度来看，这个组织是有意义的，因为行为取决于一个有能力的身体。”他说。

科学家们还探索了较低层次的子网络，发现了可能与多种疾病相关的新连接，包括神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症，以及影响一种或多种功能（下丘脑在这些功能中扮演核心角色）的行为障碍。

最后，在他们建立模型的过程中，科学家们还发现了另一个现象：下丘脑中神经元信号的传递似乎受神经元抑制的支配。科学家们在分析抑制性和兴奋性神经传递的遗传标记时发现了这一现象。首先，他们绘制了一张下丘脑形成兴奋和抑制神经传递的图谱。然后，将其与新的网络模型进行了比较。

结果发现，神经抑制与下丘脑高度连接的网络节点联系最为紧密。Hahn说，这表明，总的来说，下丘脑虽然受到抑制，但做好了行动的准备。他把下丘脑比作大坝后面的水，通过打开或关闭闸门释放出来。“我们不知道这一发现的功能性后果，”Hahn说。但是从机械的角度来看，从一个为行动做好准备的系统中去除抑制能快速取得效果。所以，这可能有利于生存。”

科界原创

编译：花花

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《美国国家科学院院刊》

期刊编号：0027-8424

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-03/uosc-utb032619.php