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一項(xiàng)針對(duì)大鼠的新研究發(fā)現(xiàn)，一組已知有助于記憶形成的大腦信號(hào)也可能同時(shí)影響血糖水平。

紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院（NYU Grossman School of Medicine）的研究人員發(fā)現(xiàn)，在大腦中被稱(chēng)為海馬體(hippocampus)的區(qū)域有一種特殊的信號(hào)模式，過(guò)去的研究表明，海馬體與記憶形成有關(guān)，新研究發(fā)現(xiàn)它也同時(shí)影響新陳代謝，即膳食營(yíng)養(yǎng)素轉(zhuǎn)化為血糖(葡萄糖)并作為能量來(lái)源供應(yīng)給細(xì)胞的過(guò)程。

該研究圍繞稱(chēng)為神經(jīng)元的腦細(xì)胞展開(kāi)，這些腦細(xì)胞“發(fā)射”（產(chǎn)生電脈沖）以傳遞信息。近年來(lái)，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(chēng)為“尖波波紋”（sharp wave ripple），它所呈現(xiàn)的形狀被腦電圖（EEG）捕獲到，EEG是一種用電極記錄大腦活動(dòng)的技術(shù)。

近日在線發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上的這項(xiàng)新研究[1]發(fā)現(xiàn)，海馬體的尖波波紋在幾分鐘內(nèi)確實(shí)會(huì)導(dǎo)致大鼠體內(nèi)的血糖水平下降。

雖然細(xì)節(jié)還需要進(jìn)一步地證實(shí)，但目前的研究結(jié)果表明，這些尖波波紋可能會(huì)調(diào)節(jié)胰腺和肝臟釋放激素（可能包括胰島素）以及垂體釋放其他激素的時(shí)間。

紐約大學(xué)朗格醫(yī)學(xué)中心（NYU Langone Health）神經(jīng)科學(xué)與生理學(xué)系比格斯教授，資深研究作者、醫(yī)學(xué)博士 Gy?rgy Buzsáki博士說(shuō)：“我們的研究首次展示了海馬體中的腦細(xì)胞群如何直接調(diào)節(jié)新陳代謝。”

“我們并不是說(shuō)海馬體是這個(gè)過(guò)程中的唯一參與者，但大腦可能會(huì)通過(guò)尖波波紋在其中擁有發(fā)言權(quán)，”紐約大學(xué)朗格醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)科學(xué)研究所的教員 Buzsaki 說(shuō)。

眾所周知，胰島素可以將血糖維持在正常水平，胰腺細(xì)胞不會(huì)持續(xù)釋放胰島素，而是周期性地爆發(fā)。研究作者說(shuō)，由于尖波波紋主要發(fā)生在非快速眼動(dòng) (NREM) 睡眠期間，睡眠障礙對(duì)尖波波紋的影響可能提供了睡眠不良與 2 型糖尿病中出現(xiàn)的高血糖水平之間的機(jī)制聯(lián)系。

Buzsaki 團(tuán)隊(duì)之前的工作表明，尖波波紋在 NREM 睡眠期間的同一天晚上永久存儲(chǔ)了每天的記憶，他 2019 年發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上的研究[2]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)尖波波紋經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)性延長(zhǎng)時(shí)，大鼠學(xué)會(huì)更快地在迷宮中導(dǎo)航。

“證據(jù)表明，出于效率的原因，大腦進(jìn)化為使用相同的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)記憶和激素調(diào)節(jié)方面的兩種截然不同的功能，”研究的通訊作者、Buzsaki 實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者 David Tingley 博士說(shuō)。.

研究人員說(shuō)，海馬體是多個(gè)角色的良好候選大腦區(qū)域，因?yàn)樗B接到其他大腦區(qū)域，并且因?yàn)楹ｑR神經(jīng)元有許多對(duì)激素水平敏感的表面蛋白（受體），所以它們可以調(diào)整自己的活動(dòng)作為反饋回路。

新發(fā)現(xiàn)表明，海馬體的尖波波紋降低血糖水平是這種循環(huán)的一部分。

Tingley 補(bǔ)充說(shuō)：“動(dòng)物本可以首先開(kāi)發(fā)出一種系統(tǒng)來(lái)控制節(jié)律周期中的激素釋放，然后當(dāng)它們后來(lái)開(kāi)發(fā)出更復(fù)雜的大腦時(shí)，將相同的機(jī)制應(yīng)用于記憶?！?/p>

研究數(shù)據(jù)還表明，海馬體的尖波波紋信號(hào)被傳送到下丘腦，眾所周知，下丘腦會(huì)支配和影響胰腺和肝臟，但通過(guò)一個(gè)稱(chēng)為側(cè)隔（lateral septum）的中間大腦結(jié)構(gòu)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，尖波波紋可能僅通過(guò)振幅（海馬神經(jīng)元一次激活的程度）而不是波紋組合的順序影響側(cè)隔，這可能會(huì)在信號(hào)到達(dá)皮層時(shí)對(duì)記憶進(jìn)行編碼。

根據(jù)這一理論，如在 NREM 睡眠期間所見(jiàn)，每分鐘 30 次以上的短時(shí)間尖波波紋引起的外周血糖水平下降比單獨(dú)的尖波波紋大好幾倍。重要的是，側(cè)隔的沉默消除了海馬體的尖波波紋對(duì)外周血糖的影響。

為了證實(shí)海馬放電模式導(dǎo)致葡萄糖水平降低，該團(tuán)隊(duì)使用一種稱(chēng)為光遺傳學(xué)（optogenetics）的技術(shù)，通過(guò)重新設(shè)計(jì)海馬細(xì)胞以包括光敏通道來(lái)人為地誘導(dǎo)尖波波紋。

通過(guò)玻璃纖維將光照射到這些細(xì)胞上會(huì)引起與大鼠行為或大腦狀態(tài)（例如休息或醒來(lái)）無(wú)關(guān)的波紋。與它們的天然對(duì)應(yīng)物類(lèi)似，合成波紋降低了糖含量。

展望未來(lái)，研究小組將尋求擴(kuò)展其理論，即幾種激素可能會(huì)受到夜間尖波波紋的影響，包括通過(guò)對(duì)人類(lèi)患者的研究。Buzsaki 說(shuō)，未來(lái)的研究還可能揭示可以調(diào)節(jié)尖波波紋以降低血糖和改善記憶力的設(shè)備或療法。