关于大脑血清素系统动态特性的引人注目的新见解

由渥太华大学医学院主导的研究发表于《自然-神经科学》期刊，为这些重大课题提供了新见解。该研究揭示了一个神经处理的普遍原理，该原理作用于中脑的神秘区域——该区域正是我们中枢血清素（5-HT）系统的发源地，而这个神经系统关键部分涉及广泛认知和行为功能。

"当前主流模型认为单个5-HT神经元彼此独立运作。虽然先前有研究推测5-HT神经元可能存在相互连接，但从未被直接证实。这正是我们在本研究中实现的突破。我们还发现了一种由5-HT神经元间特殊连接方式支撑的精妙处理机制——或者说计算功能。"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席主任Jean-Claude Béïque博士如是说。

该国际研究团队综合运用了电生理学、细胞成像、光遗传学及行为学等多种实验方法，并结合数学模型与计算机模拟技术。

突破性进展

当我们发现聚集在脑干中的血清素神经元并非各自独立的单元，而是通过轴突向整个大脑发送信号时，这意味着什么？

"我认为本文的核心结论是：哺乳动物的血清素系统在解剖结构和功能复杂性上都远超既往认知。这项发现可能有助于开发针对重度抑郁症等情绪障碍的靶向疗法。"该研究第一作者Michael Lynn博士解释，他曾是Béïque博士医学院实验室成员。

Lynn博士于2023年10月获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。

他指出团队发现的重要性在于：血清素神经元存在具有独立活动模式的特定集群，每个集群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概念）具有重要启示。

"本文揭示的新机制表明这些不同集群可在特定场景下相互作用：高活性'获胜'血清素集群能强力抑制低活性'落败'集群的血清素释放。这暗示着大脑释放血清素的规则具有更复杂、更动态的特性，与过去认为的单一信号模式形成鲜明对比。"他补充道。

决策机制

该研究对理解人脑（这个具有错综复杂的神经元网络连接的器官）如何参与日常决策具有启示意义。

团队确定了外侧缰核的作用机制——这个在遭遇挫折时激活且与重度抑郁相关的脑区，最终调控着血清素神经元的活动。研究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博士如此阐释："我们该从泳池高台跳水还是矮台跳？该走进暗巷还是避开？何时算'过暗'？大脑必须计算环境特征（包括威胁程度）并输出二元决策：执行或放弃。"

"我们认为已发现参与该计算过程的神经回路，正是它引导着我们的日常抉择。"他强调。

后续研究

在通过多年系统性创新研究取得突破后，团队下一步计划是什么？他们将聚焦小鼠模型的行为学研究。

"目前我们发现的运算机制在行为学表现上略显人为化。现正尝试观察小鼠在更自然环境中是否呈现相同机制。"Béïque博士透露。

这项发表于《自然-神经科学》的研究汇聚了顶尖团队，成员包括：渥太华医学院计算神经科学家Richard Naud博士（其近期发表于《自然》的血清素相关研究担任资深作者）及渥太华大学创新与合作部主任Sean Geddes。