PNAS：科学家创建下丘脑的网络模型，试图解开大脑维持生命的秘密

Posted 2021-04-07 生物探索

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大脑中被称为下丘脑的部分很小，但很强大——它控制着对生存至关重要的基本行为和生理学。包括饮食、性和防御行为、睡眠，以及对体温、体液平衡和身体对压力的反应等的生理控制。

3月25日，南加州大学多恩西夫分校（USC Dornsife）领导的一项研究成果发表在PNAS杂志上。该研究提供了第一个关于下丘脑内部工作的全球网络模型。我们知道，下丘脑是大脑中最关键的部分，它支持所有哺乳动物、鱼类、鸟类和许多其他动物的生命。

这项研究是正在进行的确定哺乳动物神经系统结构工作的一部分，科学家们称之为“The Neurome Project”。

The Neurome Project

该项目是一项开创性的工作，旨在更好地了解宇宙中最复杂的生物结构——大脑。目前，科学家们的工作重点是建立一个基于灰质区域连接的哺乳动物大脑模型。

他们希望将这个模型扩展到包括整个神经系统和身体之间的连接（统称为“neurome”）。这样的成果，再结合不同类型脑细胞的网络地图，将彻底改变从心理学到医学等众多学科的研究。

具体来说，在最新的研究中，为了建立下丘脑的网络模型，科学家们对65个已识别的下丘脑区域中的每一个区域进行了严格的连接数据分析，这些数据涵盖了40年的大脑研究。计算机对这些数据的分析显示，大脑两侧下丘脑的65个区域组成了一个层次结构。

在下丘脑两侧65个区域内或之间的16770个可能连接中，其中有近8000个区域存在。“这表明，下丘脑有一个非常密切联系的内部网络，” Joel Hahn说道。他是USC Dornsife文理学院生物科学助理教授(研究)，也是这项研究的第一作者。

此外，连接最紧密的区域(或中心)位于与生理相关的控制网络中。Hahn表示，这个组织表明，下丘脑可能会优先考虑生理控制而不是行为控制。

“从生存的角度来看，这个组织是有意义的，因为行为取决于一个有能力的身体，”他说。

科学家们还探索了较低层次的子网络，发现了可能与多种疾病相关的新关联，包括神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症(Alzheimer's disease)，以及影响一种或多种功能的行为障碍，而下丘脑在这些功能中扮演着核心角色。

最后，在建立模型的过程中，他们还发现了另一个现象：下丘脑中神经元信号的传递似乎受神经元抑制的控制。

科学家们在分析抑制和兴奋性(兴奋性)神经传递的遗传标记时发现了这一现象。首先，他们绘制了一张下丘脑兴奋和抑制的图谱。然后，他们将地图与新的网络模型进行了比较。

他们发现，神经抑制与下丘脑高度连接的网络节点(中枢)联系最为紧密。Hahn说，这表明，总的来说，下丘脑受到抑制，但随时准备采取行动。他把它比作大坝后面的水，通过打开或关闭闸门释放出来。

Hahn指出，“现在，通过这些努力，我们试图开发更好的模型，以更清楚地了解大脑以及神经系统。”

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参考资料：

1）Untangling the brain's life-support network

2)THE NEUROME PROJECT

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