科學(xué)家們解開了大腦的生命支持網(wǎng)絡(luò)
被稱為下丘腦的大腦部分很小但很強(qiáng)大 - 它控制著對生存至關(guān)重要的基本行為和生理學(xué)。這些包括飲食,性和防御行為,睡眠,以及體溫,體液平衡和身體對壓力的反應(yīng)等生理控制。
由USC Dornsife領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究發(fā)表于3月25日的“美國國家科學(xué)院院刊”,該研究提供了第一個(gè)基于高度詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)圖的全球網(wǎng)絡(luò)模型 - 下丘腦的內(nèi)部運(yùn)作。這被認(rèn)為是大腦中最關(guān)鍵的部分,因?yàn)樗С炙胁溉閯?dòng)物,魚類,鳥類和許多其他動(dòng)物的生命。
該研究是確定哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組織的持續(xù)努力的一部分,科學(xué)家將其稱為“神經(jīng)元項(xiàng)目”。
該項(xiàng)目是一項(xiàng)開創(chuàng)性工作,旨在更好地了解大腦,這是已知宇宙中最復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)。科學(xué)家目前的工作重點(diǎn)是完成基于其灰質(zhì)區(qū)域連接的哺乳動(dòng)物大腦模型。
最終,他們希望擴(kuò)展模型以包括整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)和身體之間的聯(lián)系,這些聯(lián)系稱為“神經(jīng)元”。這一成就與不同類型腦細(xì)胞的網(wǎng)絡(luò)地圖相結(jié)合,將徹底改變從心理學(xué)到醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科的研究。
為了建立下丘腦的網(wǎng)絡(luò)模型,科學(xué)家們對65個(gè)確定的下丘腦區(qū)域的每一個(gè)連接數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的分析,并跨越了40年的大腦研究。對該數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)分析揭示了一種分層組織,其由大腦每側(cè)的下丘腦65個(gè)區(qū)域的子網(wǎng)絡(luò)組成。
在下丘腦兩側(cè)65個(gè)區(qū)域內(nèi)和之間的16,770個(gè)可能的連接中,由Hahn和他的同事整理的數(shù)據(jù)集表明其中有近8000個(gè)存在。
“這表明下丘腦具有非常高度相關(guān)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),”USC Dornsife文學(xué),藝術(shù)和科學(xué)學(xué)院的生物科學(xué)助理教授(研究)和該研究的主要作者Joel Hahn說。
此外,最高度連接的區(qū)域或集線器位于生理學(xué)相關(guān)的控制網(wǎng)絡(luò)中。哈恩說,這個(gè)組織認(rèn)為下丘腦可能優(yōu)先考慮生理過度控制行為。網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)分析還表明,大腦兩側(cè)的兩個(gè)高級子網(wǎng)絡(luò)在控制行為或身體生理方面顯著相關(guān)。(見圖)
“從生存的角度來看,這個(gè)組織是有道理的,因?yàn)樾袨槿Q于能干的身體,”他說。
科學(xué)家們還探索了較低級別的子網(wǎng)絡(luò),揭示了可能與多種疾病相關(guān)的新型關(guān)聯(lián),包括阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病,以及影響下丘腦發(fā)揮核心作用的一種或多種功能的行為障礙。
最后,當(dāng)他們開發(fā)模型時(shí),科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)發(fā)現(xiàn):下丘腦中神經(jīng)元信號的傳遞似乎主要受到神經(jīng)元抑制的支配。
科學(xué)家在分析抑制和興奮(刺激)神經(jīng)傳遞的遺傳標(biāo)記時(shí)發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)。首先,他們在整個(gè)下丘腦中形成了激發(fā)和抑制圖。然后,他們將地圖與新網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了比較。
他們發(fā)現(xiàn),神經(jīng)元抑制與下丘腦最高度連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(中樞)密切相關(guān)。哈恩說,這表明整體而言,下丘腦受到限制,但已準(zhǔn)備好采取行動(dòng)。
他將它比作通過打開或關(guān)閉閘門釋放的水壩后面的水。
“我們不知道這一發(fā)現(xiàn)的功能后果,”哈恩說。“但從機(jī)械的角度來看,從一個(gè)準(zhǔn)備采取行動(dòng)的系統(tǒng)中消除抑制能夠快速實(shí)現(xiàn)結(jié)果。因此,它可能對生存有益。”
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