子科生物報道：紐約大學(xué)格羅斯曼醫(yī)學(xué)院(Grossman School of Medicine)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在大腦中被稱為海馬體(hippocampus)的區(qū)域有一種特殊的信號模式，過去的研究表明，海馬體與記憶形成有關(guān)，它也影響新陳代謝，即飲食營養(yǎng)素轉(zhuǎn)化為血糖(葡萄糖)并作為能量來源供應(yīng)給細(xì)胞的過程。

這項研究圍繞著一種被稱為神經(jīng)元的腦細(xì)胞展開，這種腦細(xì)胞“燃燒"(產(chǎn)生電脈沖)來傳遞信息。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)，海馬體神經(jīng)元在數(shù)毫秒的周期內(nèi)相互放電，這種放電模式被稱為“銳波漣漪"，因為它的形狀被腦電圖描記器(EEG)捕捉到，腦電圖器是一種用電極記錄大腦活動的技術(shù)。

8月11日發(fā)表在《自然》雜志(Nature)網(wǎng)站上的一項新研究發(fā)現(xiàn)，海馬體的尖銳波波紋群在幾分鐘內(nèi)確實會導(dǎo)致老鼠體內(nèi)的血糖水平下降。雖然細(xì)節(jié)有待證實，但研究結(jié)果表明，這些波紋可能會調(diào)節(jié)胰腺和肝臟釋放激素的時間，可能包括胰島素，以及腦下垂體釋放其他激素的時間。

“我們的研究shou次展示了海馬體中激活的腦細(xì)胞簇如何直接調(diào)節(jié)新陳代謝，"資深研究作者Gy?rgy Buzsáki說，醫(yī)學(xué)博士，紐約大學(xué)朗格尼健康學(xué)院神經(jīng)科學(xué)和生理學(xué)比格斯教授

“我們并不是說海馬體是這個過程中weiyi的參與者，但大腦可能通過尖銳的波波紋在其中有發(fā)言權(quán)，"Buzsáki說，他也是紐約大學(xué)朗格尼神經(jīng)科學(xué)研究所的教員。

胰島素是由胰腺細(xì)胞釋放的，但不是持續(xù)的，而是周期性的爆發(fā)。該研究的作者說，由于尖波漣漪主要發(fā)生在非快速眼動(NREM)睡眠期間，睡眠障礙對尖波漣漪的影響可能在睡眠質(zhì)量差和2型糖尿病患者的高血糖水平之間提供了一種機制聯(lián)系。

Buzsaki的團隊之前的工作表明，在非快速眼動睡眠期間，尖銳的波波紋參與了在同一天晚上yong久存儲每天的記憶，他2019年的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波紋被實驗延長時，老鼠學(xué)會更快地導(dǎo)航迷宮。

“有證據(jù)表明，出于效率的原因，大腦進(jìn)化了，使用相同的信號來實現(xiàn)兩種截然不同的功能，即記憶和荷爾蒙調(diào)節(jié)，"通訊作者David Tingley博士說，他是Buzsaki實驗室的博士后學(xué)者。

雙重角色

研究人員說，海馬體是一個發(fā)揮多種作用的很好的候選大腦區(qū)域，因為它連接到其他大腦區(qū)域，而且海馬體神經(jīng)元有許多對激素水平敏感的表面蛋白(受體)，因此它們可以作為反饋回路的一部分調(diào)整自己的活動。新的發(fā)現(xiàn)表明，海馬的波紋作為這個循環(huán)的一部分降低了血糖水平。

廷利補充說:“動物可能首先發(fā)展出一種系統(tǒng)，以有節(jié)奏的周期控制激素釋放，但當(dāng)它們后來發(fā)展出更復(fù)雜的大腦時，就會將同樣的機制應(yīng)用到記憶上。"

研究數(shù)據(jù)還表明，海馬銳波紋波信號被傳遞到下丘腦，下丘腦被認(rèn)為支配和影響胰腺和肝臟，但這是通過一個叫做外側(cè)隔的中間大腦結(jié)構(gòu)。研究人員發(fā)現(xiàn)，漣漪可能僅僅通過振幅(海馬體神經(jīng)元同時發(fā)出信號的程度)影響側(cè)隔，而不是波紋組合的順序，后者可能在信號到達(dá)皮質(zhì)時對記憶進(jìn)行編碼。

與這一理論相一致的是，在非快速眼動睡眠中出現(xiàn)的每分鐘30次以上的短時間漣漪，會導(dǎo)致外周葡萄糖水平的下降，比單獨的漣漪要大好幾倍。重要的是，關(guān)閉側(cè)隔可以消除海馬銳波波紋對周圍血糖的影響。

為了證實海馬體放電模式導(dǎo)致葡萄糖水平下降，研究小組使用了一種叫做光遺傳學(xué)的技術(shù)，通過重新設(shè)計海馬體細(xì)胞，包括光敏通道，人工誘發(fā)漣漪。通過玻璃纖維照射這些細(xì)胞會產(chǎn)生與老鼠行為或大腦狀態(tài)(如休息或清醒)無關(guān)的漣漪。與天然的波紋相似，合成波紋降低了糖的含量。

接下來，該研究小組將尋求擴展其理論，即幾種激素可能會受到夜間劇烈波動的影響，包括通過對人類患者的研究。Buzsaki說，未來的研究可能還會揭示可以調(diào)節(jié)血糖波動、改善記憶力的設(shè)備或療法。

除了廷利和布茲薩基，該研究的作者還有紐約大學(xué)朗格尼健康中心的埃金·卡亞、凱瑟琳·麥克萊恩和喬丹·卡彭特。這項研究由美國國立衛(wèi)生研究院MH122391、U19 NS104590和U19NS107616資助。