科学家详细介绍了与神经系统疾病有关的大脑动力学

研究人员使用功能磁共振成像和基因小鼠模型来研究神经递质对大脑网络功能连接的影响，这是一个对人类健康和行为至关重要的动态过程。

　　

但是科学家们还没有完全理解控制DMN动力学的精确机制。现在，由神经学副教授Ian Shih博士领导的北卡罗来纳大学医学院的研究人员，通过实验记录了神经元和大脑化学物质在大脑区域之间的相互作用，导致了DMN动力学的改变。

发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的这项研究为激活蓝斑(LC)——脑干中释放去甲肾上腺素的一个小的脑核——如何改变小鼠DMN动力学提供了证据。它也为恢复DMN功能的治疗提供了新的靶点。

北卡罗来纳大学生物医学研究想象中心(BRIC)动物核磁共振中心(CAMRI)主任、资深作者Shih说:“许多大脑成像专家对识别控制大规模大脑网络的电路机制有着巨大的兴趣。”“但具体的神经递质系统如何改变大脑的动态仍不完全清楚。我们的工作有助于解释去甲肾上腺素如何影响大脑活动和连接，从而导致DMN的变化。”

Shih和第一作者Esteban Oyarzabal博士，在这项研究期间是北卡罗来纳大学教堂山分校的研究生，领导了功能磁共振成像(fMRI)在一个转基因小鼠模型上的研究，该模型在LC中表达合成受体。然后他们研究了信用证对DMN的影响。

通过建立一个模型来表达这些合成受体，研究人员可以通过使用可以选择性激活这些受体的化合物来操纵脑细胞活动。这种“化学遗传”技术由北卡罗来纳大学药理学研究员Byran Roth(医学博士、博士)首创，非常适合Shih的团队在fMRI中操纵LC。他们发现，激活LC会导致该区域的血管收缩，同时，增加低频fMRI活动会改变DMN的额皮质区域。

然后，科学家们创建了一个光学测量平台，以同时测量去甲肾上腺素的释放量、神经元钙活性和脑血容量的变化。他们证明，LC的去甲肾上腺素可以增加额叶皮质神经元的峰值活动，同时减少血容量。

“这对fMRI数据的解释有重要的意义，”Shih说，“因为大脑中的神经元和血管活动是相关的，这已经被广泛记录。现在，我们证明这种耦合受到去甲肾上腺素的影响。”他们还证明，LC-NE神经元的化学生成激活能加强DMN额叶皮质区域内神经元的交流。他们发现，大脑的脾后皮层和海马体区域可以调节这种功能连接。

Shih说:“我们相信这两个区域有可能成为控制额叶皮质区域和恢复DMN功能的新目标，当LC神经元在阿尔茨海默病和帕金森病中退化时。”

这项工作主要由NIH BRAIN Initiative奖(R01 MH111429)支持。老鼠模型是由国家环境健康科学研究所的Patricia Jensen博士提供的。

Journal Reference:

1. Esteban A. Oyarzabal, Li-Ming Hsu, Manasmita Das, Tzu-Hao Harry Chao, Jingheng Zhou, Sheng Song, Weiting Zhang, Kathleen G. Smith, Natale R. Sciolino, Irina Y. Evsyukova, Hong Yuan, Sung-Ho Lee, Guohong Cui, Patricia Jensen, Yen-Yu Ian Shih. Chemogenetic stimulation of tonic locus coeruleus activity strengthens the default mode network. Science Advances, 2022; 8 (17) DOI: 10.1126/sciadv.abm9898