聚焦：國際研究團(tuán)隊繪制了獼猴大腦神經(jīng)遞質(zhì)受體地圖

近日，人類大腦計劃（HBP）的一支國際研究團(tuán)隊成功繪制出了獼猴大腦中的神經(jīng)遞質(zhì)受體地圖，定義了大腦的關(guān)鍵組織原則，并揭示了其在區(qū)分內(nèi)部思維和外部影響生成的情緒中的潛在作用。

該團(tuán)隊通過HBP的EBRAINS基礎(chǔ)設(shè)施，將研究結(jié)果免費(fèi)提供給神經(jīng)科學(xué)界，架起了連接從微觀到整個大腦的神經(jīng)科學(xué)不同層面的橋梁。布里斯托爾大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系的肖恩弗勞迪斯特-沃爾什博士解釋道：“將大腦比作一座城市。近年來，大腦研究一直關(guān)注于研究其道路，但在這項研究中，我們繪制了迄今為止最詳細(xì)的交通信號燈圖譜，即神經(jīng)遞質(zhì)受體，它們控制信息流動…我們的研究旨在創(chuàng)建迄今為止最詳細(xì)的這些‘交通信號燈’地圖…我們發(fā)現(xiàn)了這些‘交通信號燈’如何排列的模式，幫助我們理解它們在知覺、記憶和情緒中的功能。這就像找到了一座城市交通流動的關(guān)鍵，為我們了解正常大腦的運(yùn)作方式打開了令人興奮的可能性。將來，其他研究人員可能會利用這些地圖來針對特定的大腦網(wǎng)絡(luò)和功能開發(fā)新的藥物?！?/p>

弗勞迪斯特-沃爾什博士是該團(tuán)隊在《自然神經(jīng)科學(xué)》上發(fā)表的文章的主要作者，該文章名為“獼猴皮質(zhì)中神經(jīng)遞質(zhì)受體表達(dá)的梯度”。該合作研究還包括來自Jlich研究中心、杜塞爾多夫海因里希-海涅大學(xué)、布里斯托爾大學(xué)、紐約大學(xué)、兒童心靈研究所和巴黎城市大學(xué)的研究人員。

【資料圖】

神經(jīng)遞質(zhì)受體是大腦信號傳遞的關(guān)鍵分子。在神經(jīng)元內(nèi)部，信息傳遞通過軸突的電信號進(jìn)行。但神經(jīng)元之間的信息傳遞通常需要釋放被稱為神經(jīng)遞質(zhì)的分子到細(xì)胞外空間，并結(jié)合目標(biāo)神經(jīng)元上的受體。

在這項報道的研究中，HBP團(tuán)隊利用體外受體顯影法，在獼猴大腦的非常薄的切片上繪制了神經(jīng)遞質(zhì)受體的密度。他們測量了109個獼猴皮質(zhì)區(qū)域中14種神經(jīng)遞質(zhì)受體的密度，然后將這些數(shù)據(jù)與多個結(jié)構(gòu)參數(shù)整合到神經(jīng)成像模板中。

為了發(fā)現(xiàn)這一龐大數(shù)據(jù)中的模式，他們應(yīng)用了統(tǒng)計技術(shù)，并結(jié)合專業(yè)解剖知識使用現(xiàn)代神經(jīng)成像技術(shù)。這使他們能夠揭示受體模式、腦連接和解剖之間的關(guān)系。研究人員發(fā)現(xiàn)每個神經(jīng)元存在一條主要梯度和一條次要梯度的受體表達(dá)。換句話說，通過繪制皮質(zhì)上的受體密度，他們確定了兩種主要排列方式，揭示了皮質(zhì)的分子和神經(jīng)元組織之間的聯(lián)系。他們指出：“我們發(fā)現(xiàn)了一個主要的受體表達(dá)梯度沿皮質(zhì)等級逐漸增加。這個受體梯度將感覺和認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分開?！薄按我荻葘⒈硞?cè)注意力網(wǎng)絡(luò)與默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和顯著網(wǎng)絡(luò)分開。第二個受體梯度還將活動與社會情緒和數(shù)字空間功能分開?！?/p>

作為本研究的資深作者，由于很多時候大腦的解剖結(jié)構(gòu)相對靜態(tài)，了解大腦如何適應(yīng)不斷變化的世界是神經(jīng)科學(xué)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。然而，研究團(tuán)隊指出，僅有連接性還不足以解釋神經(jīng)回路動力學(xué)背后的大腦功能。他們指出，突觸連接的功能影響取決于受體。他們寫道：“為了補(bǔ)充對連接組的映射的持續(xù)努力，我們需要一個系統(tǒng)的受體密度圖譜，以跨皮質(zhì)提供關(guān)鍵的分子和系統(tǒng)組織聯(lián)系?！?/p>

通過理解大腦中的受體組織，希望能夠更好地將大腦活動、行為和藥物作用聯(lián)系起來。由于受體是藥物的靶點(diǎn)，這項研究未來可能指導(dǎo)開發(fā)針對特定腦功能的新治療方法。弗勞迪斯特-沃爾什補(bǔ)充說：“接下來，我們計劃利用這些數(shù)據(jù)集開發(fā)大腦的計算模型…這些以大腦為靈感的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將幫助我們理解正常的知覺和記憶，以及像精神分裂癥患者或服用‘迷幻蘑菇’等物質(zhì)影響下的人群的差異?！薄拔覀冞€計劃更好地整合跨物種的發(fā)現(xiàn)，將在嚙齒動物中進(jìn)行的詳細(xì)的電路水平神經(jīng)科學(xué)研究與人類觀察到的大規(guī)模腦活動相連接?！?/p>

通過將神經(jīng)成像數(shù)據(jù)與其他多種解剖和功能數(shù)據(jù)整合到常見的大腦皮層空間中，研究人員為不同物種間的研究加速了進(jìn)程。Palomero-Gallagher博士表示：“這些數(shù)據(jù)將免費(fèi)提供給神經(jīng)科學(xué)界，以便其他計算神經(jīng)科學(xué)家使用，以創(chuàng)建其他生物學(xué)模型?！边@項研究產(chǎn)生的部分?jǐn)?shù)據(jù)已經(jīng)被應(yīng)用于一個關(guān)于多巴胺如何將信息傳遞到額頂葉工作記憶網(wǎng)絡(luò)的計算模型中。

正如作者們總結(jié)的：“這里呈現(xiàn)的受體數(shù)據(jù)以及連接性數(shù)據(jù)可以為大規(guī)模的腦功能模型和理論提供解剖學(xué)基礎(chǔ)。未來的大規(guī)模腦功能理論可能揭示靈活的高級認(rèn)知是如何沿著主要的受體梯度產(chǎn)生的?！边@項工作有望加快物種間的轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展。Palomero-Gallagher表示，這些數(shù)據(jù)對于幫助研究人員將大腦活動、行為和藥物作用聯(lián)系起來具有重要意義。

編輯：王洪

排版：李麗

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