大腦清醒和睡眠狀態的“交換臺”

　　美國紐約大學朗格尼醫學中心等多家單位研究人員通過小鼠實驗發現，腦中一個特殊部位的功能就像信息“交換臺”，能引導來自外部世界和內部記憶中的信號。通常人類腦功能紊亂疾病如精神分裂、自閉癥、創傷后應激障礙等都表現為“交換臺”混亂。研究人員認為，這一發現為理解和治療這些疾病提供了新策略。相關論文發表在最近的《細胞》雜志上。

　　據物理學家組織網近日報道，研究人員用多電極技術記錄了丘腦網狀核（TRN）區神經元的活動，發現這里就是“交換臺”所在。TRN位于前腦，是覆蓋著丘腦的薄薄一層神經元，能把來自外界的信息，如視覺信號和來自內部的記憶信息引導到它們正確的目的地：一方面把信息傳遞到大腦皮層，再由大腦皮層負責高級功能，如學習和語言；另一方面向丘腦發送抑制信號，決定哪些信息應被屏蔽。

　　他們發現，TRN細胞的活動取決于小鼠的睡眠和警覺兩種狀態。在睡眠中，控制感覺輸入的TRN細胞更加活躍，尤其是在快周期腦波（即紡錘波，與睡眠期間的感覺輸入屏蔽有關）短暫爆發期間。在警覺狀態，TRN細胞放電非常少。研究小組負責人、紐約大學神經科學院神經病學副教授邁克爾·哈拉薩解釋說，這表明這些神經元在睡眠期間屏蔽了外部信息流，而在小鼠清醒和警覺狀態，卻能促進信息流。如果TRN細胞損壞，可能會破壞對環境信息的篩選。目前他們正在動物模型中研究這種篩選過程。

　　TRN細胞在睡眠中也能極少放電，降低活躍性，以相反的方式控制內部信息流。哈拉薩推測，已知記憶是在睡眠期間形成的，或許這樣能使記憶形成。因為丘腦神經元與海馬體相連，而海馬體在學習與記憶中至關重要。

　　在第二部分實驗中，研究小組用光控基因技術打開和關閉神經元，測試在警覺狀態下TRN細胞放電是否影響小鼠的注意力。

　　他們先讓小鼠學習把視覺刺激和食物聯系在一起。當刺激信號出現時，充分休息的小鼠只需一兩秒就能發現食物，而睡眠剝奪小鼠用的時間更長。打開控制視覺部分的TRN細胞（這是正常睡眠中會發生的），充分休息的小鼠就會表現得像睡眠剝奪小鼠；而關閉這些細胞后，睡眠剝奪小鼠也能很快發現食物。

　　“控制光開關好像能轉換小鼠的精神狀態，改變它們的信息處理速度。”哈拉薩說，“以往我們從未看到過這一結構是怎樣工作的。實驗顯示了信息在腦中是怎樣按路線發送的，以及精神紊亂中這些路線可能受到了怎樣的破壞。”這有望為多種神經紊亂找到新的治療標靶。