Science子刊：白天时长的变化如何改变大脑和随后的行为

加州大学圣地亚哥分校的研究人员利用小鼠模型描述了一个过程，在这个过程中，受影响的神经元会根据白天的刺激改变神经递质的表达，引发相关的行为变化。

　　

   

   

图片:在这个示意图中，阳光会提示视交叉上核的神经元信号，视交叉上核是大脑的主时钟，它反过来协调整个身体的生物钟调节功能，以及相应的行为。    

光照的季节性变化——夏季昼长，冬季昼短——长期以来一直与人类行为有关，影响着从睡眠、饮食模式到大脑和荷尔蒙活动的方方面面。季节性情绪失调(SAD)就是一个典型的例子:这是一种与减少暴露在自然阳光下有关的抑郁症，通常发生在冬季，在日照时间最短的高纬度地区更为常见。

明光疗法已被证明是治疗SAD，以及非季节性重性抑郁症、产后抑郁症和双相情感障碍等疾病的有效疗法，但白昼长度的季节性变化和光照如何在细胞和回路水平上影响和改变大脑，这在很大程度上让科学家们一无所知。

在2022年9月2日发表的一项新研究中，美国加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员利用小鼠模型阐明了一个过程，在这个过程中，受影响的神经元会根据白天的刺激改变神经递质的表达，引发相关的行为变化。

这项工作是由资深研究作者Davide Dulcis博士领导的，他是加州大学圣地亚哥分校医学院精神病学系的副教授，也是加州大学圣地亚哥分校昼夜生物学中心的成员。

隐藏在人类大脑下丘脑的是一个叫做视交叉上核(SCN)的小结构，每个核由大约2万个神经元组成。(人类大脑平均包含大约860亿个神经元和850亿个非神经元细胞。)

SCN是身体的计时员，调节着大部分的昼夜节律——身体、精神和行为的变化遵循24小时的周期，影响新陈代谢、体温和激素释放的时间等一切。SCN的运作基于视网膜上特殊的光敏细胞的输入，这些细胞将光线和白昼长度的变化传递给我们的身体。

在这项新研究中，Dulcis和同事们描述了SCN神经元如何相互协调，以适应不同长度的日光，并在细胞和网络水平上发生变化。具体来说，他们发现，在大脑功能与人类类似的小鼠中，神经元的混合和关键神经递质的表达发生了变化，进而改变了大脑活动和随后的日常行为。

光照的季节性变化还表明会改变室旁核(PVN)中表达神经递质的神经元的数量，PVN是大脑的一个区域，在控制压力、代谢、生长、繁殖、免疫和其他自主功能方面发挥重要作用。

“这项研究中最令人印象深刻的新发现是，我们发现了如何人工操纵特定SCN神经元的活动，并成功地诱导下丘脑PVN网络中的多巴胺表达，”Dulcis说。

第一作者Alexandra Porcu博士是Dulcis实验室的一员，他补充说:“我们揭示了SCN-PVN网络在调整下丘脑功能和日常行为时对白天长度的新的分子适应。”“我们在这项研究中展示的多突触神经递质切换可能提供了调节情绪季节性变化和光疗法效果的解剖学/功能联系。”

作者认为，他们的发现提供了一种新的机制，解释了大脑如何适应光照的季节性变化。因为这种适应只发生在SCN的神经元内，后者代表了一个有希望的目标，用于治疗与光照季节变化相关的疾病。