关于大脑血清素系统动力学引人注目的新见解

渥太华大学医学院主导的一项研究发表在《自然-神经科学》期刊上，为这些重大问题提供了新见解。该研究揭示了中脑神秘区域的神经处理通用原理——这个区域正是我们中枢血清素（5-HT）系统的发源地，而5-HT系统是涉及广泛认知和行为功能的关键神经系统组成部分。

"当前主流模型认为单个5-HT神经元彼此独立运作。虽然先前有研究暗示5-HT神经元可能存在相互连接，但从未被直接证实。这正是我们的突破所在。我们还发现这种特殊神经元连接方式支持着一种精妙的处理机制——或者说运算过程。"医学院细胞与分子医学系正教授、渥太华脑与心智研究所神经动力学与人工智能中心联合主任Jean-Claude Béïque博士解释道。

这项国际研究综合运用了电生理学、细胞成像、光遗传学和行为学等多种实验方法，并结合数学模型与计算机模拟。

突破性进展

当发现脑干中聚集的血清素神经元并非各自为政，而是通过轴突向全脑发送信号时，这意味着什么？

"我认为该研究最重要的发现是：哺乳动物的血清素系统在解剖结构和功能上都比我们原先想象的复杂得多。这项认知可能有助于开发针对重度抑郁症等情绪障碍的精准疗法。"论文第一作者、Béïque博士实验室前成员Michael Lynn博士表示。

Lynn博士于2023年10月获得渥太华大学神经科学博士学位，现任牛津大学生理学、解剖学与遗传学系博士后研究员。

他指出该发现的重要性在于：血清素神经元实际上存在不同亚群，各自具有独特的活动模式，分别控制大脑特定区域的血清素释放。这对神经科学"赢家通吃"原则（神经网络计算模型中神经元通过竞争激活的假说）提出了新见解。

"我们揭示的新机制表明，在某些情况下这些神经元集群会产生交互：高活性的'获胜'集群会强烈抑制低活性'落败'集群的血清素释放。这意味着大脑血清素释放遵循着比传统单一信号理论更复杂、更动态的调控规则。"

决策机制

这项研究对理解大脑（这个由错综复杂的神经元网络构成的器官）如何参与日常决策具有深远意义。

研究团队确定了外侧缰核（当我们受挫时激活、与重度抑郁症相关的脑区）最终控制血清素神经元活动的机制。科学家认为缰核神经元还能编码特定环境或行为所感知的威胁程度。

Béïque博士形象地解释："我们该从游泳池的高跳台还是低跳台跃下？要走进那条漆黑的小巷吗？何时才算太黑？大脑必须计算环境特征——包括潜在威胁程度——最终做出二元抉择：行动或回避。"

"我们相信已经发现了参与这种日常决策计算的神经回路。"他补充道。

后续研究

在取得血清素系统研究的突破性进展后，团队计划开展小鼠模型行为学研究。"目前我们发现的运算机制对应的行为表现还比较人工化。我们正在尝试观察小鼠在更自然环境中是否会出现类似机制。"Béïque博士透露。

这项《自然-神经科学》研究汇聚了顶尖人才团队，包括近期在《自然》发表血清素相关研究的资深作者、医学院计算神经科学家Richard Naud博士，以及渥太华大学创新与合作部主任Sean Geddes。