《自然通讯》：当血清素使“光线”变暗时

我们大脑中的信号并不总是以同样的方式处理:某些受体调节这些机制，以各种方式影响我们的情绪、感知和行为。其中之一是5-HT2A受体，它最近发现了一个独特的特征:它会抑制传入的视觉信息，给我们的大脑更多的空间进行内部处理和解释。德国波鸿鲁尔大学的一个研究小组的这一发现也有助于解释LSD等药物的作用。当这种受体过度激活时，外部感觉输入被抑制，大脑产生更多内部驱动的图像。

　　

在血清素受体的丛林中

受体介导神经细胞之间的信息传递。血清素的释放会改变整个大脑的神经细胞活动。至少有14种血清素受体可以被区分。“情况特别棘手，因为这些受体既可以抑制也可以激活，”Dirk Jancke说。“此外，它们在不同的细胞类型中表达，这反过来又对整个网络产生相互抑制或兴奋作用。”

用光明来对抗大脑中的黑暗

因此，研究大脑中受体的作用并不是一项简单的任务。传统的药理学方法阐明受体对神经网络的作用是有限的。它们通常不够具体，而且至关重要的是，在较慢的时间尺度上运行。因此，由Stefan Herlitze教授领导的研究小组开发了替代方法。光敏受体蛋白是通过病毒导入神经细胞的。光敏受体蛋白经过基因修饰，可以模仿选定受体类型的功能。这使得选定的受体类型可以像电灯开关一样精确地在几毫秒内打开和关闭。为此，将超薄光纤植入小鼠体内，通过LED控制将所需波长的光传递到适当的大脑区域。

5-HT2A受体调节对感觉输入的敏感性

通过这种方法，研究人员发现5-HT2A受体选择性地抑制传入视觉信息的强度。“令人惊讶的是，这种情况不会抑制其他并行过程，”该研究的主要作者鲁桑德拉·巴尔赞博士报告说。因此，大脑降低了当前感觉输入的重要性，以支持内部沟通和解释过程。“这意味着我们已经发现了一种机制，可以调节对传入信息的重视程度，”Ruxandra Barzan说。

理解幻觉，发展治疗方法

因此，根据Dirk Jancke的说法，由LSD等药物引起的幻觉可以解释为一种自我对话的形式。“通过过度激活，5-HT2A受体抑制了外部感官驱动的活动，大脑产生了独立于外部刺激的感知。”

在健康的大脑中，血清素同时激活不同类型的受体，这确保了信息的流动以一种平衡的方式加权。在精神疾病的情况下，这种平衡可能会被打破。研究人员希望他们最近的发现能够有助于新疗法的发展，在这种疗法中，特定的选择受体以低剂量激活，以恢复这种平衡。例如，选择性靶向5-HT2A受体的致幻剂可在医疗监督和明确的学习环境中用于治疗目的，以补偿长期受体激活的异常不平衡。

人工智能遇上神经生物学

为了更好地理解大脑中不同细胞类型和受体之间复杂的相互作用，研究人员使用了简化神经回路关键特征的计算机模型。他们测试了一个假设，即受体只有在抑制性和兴奋性神经细胞中同时被激活时才会显示出观察到的效果。他们的模型支持了这一假设。程森教授领导的研究小组在模拟中发现，只有抑制细胞和兴奋细胞中的受体同时激活，才能导致网络相互作用，从而复制实验结果。

合作伙伴

这项研究是由Dirk Jancke、Sen Cheng、Melanie Mark教授和Stefan Herlitze作为874合作研究中心和MoNN&Di(单胺能神经网络和疾病)研究培训小组的一部分共同进行的。Ruxandra Barzan是第一作者，也是国际神经科学研究生院的毕业生，她在Dirk Jancke的监督下果断地进行了实验和分析，发挥了不可或缺的作用。

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