已证实：大脑温度变化会影响神经元活动

　　

               

去年夏天，毁灭性的野火在西伯利亚、阿拉斯加和加拿大的冰冻地区肆虐。它们部分是由全球气温上升引起的，气温上升加速了土壤中细菌代谢动植物物质的能力。这些环境现象证明了一个基本的物理原理——温度是化学反应的主要组成部分之一，即使看起来很小的变化也会导致灾难性的影响。

研究人员现在知道，这种环境现象背后的物理原理也适用于大脑活动。在《Journal of Neural Engineering》上发表的一篇论文中，研究人员发现，在刺激大脑时，温度的小幅升高会深刻地改变大脑活动，有时还会带来负面后果。

耶鲁医学院神经外科全球健康副主席Steven Schiff擅长工程学和神经外科的交叉，这使他有将物理学原理应用于大脑生物过程的背景。

由于电线的活动产生热量，所有对大脑的电和磁刺激都会在大脑中储存热能。Schiff和他的合著者认为，电刺激大脑的设备，如用于癫痫和帕金森患者的深度脑刺激，一定会导致大脑温度的变化。

大脑的温度变化也会影响神经元的放电。排列在神经细胞膜上的是分子泵，它们在大脑活动时释放的能量给细胞充电。研究人员能够证明，如果细胞的加热速度快于电荷的调节速度，那么它们要么产生更多的神经元活动，要么产生比平常更少的神经元活动。即使是由于对大脑进行小于1°C的电刺激而导致的微小温度变化，也可能导致神经元活动的实质性变化。当神经元变暖时，它们就会沉默。让它们冷却到正常温度，它们就会变得非常兴奋。

该研究的主要作者Schiff说:“看到微小的温度变化对大脑活动的巨大影响，意味着我们现在需要考虑到这种微小的温度变化。[物理学家詹姆斯]焦耳，很久以前，告诉我们，这个问题是没有办法的。如果你让电流通过小的导电电线，产生电场或磁场来刺激大脑，你就会在电线和导电大脑中产生热量。”

这篇改变范式的论文于2022年12月在华盛顿特区举行的美国癫痫学会会议上发表，受到了极大的关注。

这些温度变化如何影响患者以及如何利用它们来改善结果仍有待观察。在临床环境中，外科医生已经观察到，植入神经系统刺激器的一个常见副作用是，受到刺激的大脑的活动经常在电或磁刺激下减少。这篇论文为这一现象指出了一个强有力的貌似合理的原因。Schiff博士说，如果这是真的，这一发现可以帮助医生更准确地校准这些设备的使用。

“这篇论文是结合不同的身体行为模型来重新审视一些‘旧标准’的真正杰作，”密歇根大学神经病学和生物医学工程系副教授William Stacey说。“建模与聪明的实验相结合，提供了非常有趣和意想不到的结果，即热量可能会抑制神经放电。也许这个模型还可以提供一些操纵神经活动的新方法。”

哈佛大学癫痫学助理教授Daniel M. Goldenholz医学博士，他最近发表了一篇关于为什么局灶性冷却对未来治疗局灶性癫痫很重要的论文的作者，也发现了重要的结果。“我认为Schiff博士及其同事的工作强调了脑组织温度变化的重要性，并可能与癫痫的治疗相关，其中可能包括局部冷却。如果我们想让我们的疗法变得更准确，就需要更好地理解和解释这些波动。

Goldenholz说:“我很高兴看到哈佛大学癫痫学助理教授博士的研究结果在未来如何被用于癫痫的治疗和神经调节。”

本文由耶鲁大学提供