关于大脑血清素系统动态特性的引人注目新洞察

一项由渥太华大学医学院领导的研究发表在Nature Neuroscience上，为这些重大问题带来了新见解，揭示了中脑一个神秘区域神经处理的一般原理。该区域是我们中枢血清素（5-HT）系统的真正起源，而该系统是神经系统的一个关键部分，涉及广泛的认知和行为功能。

"当前的主流模型认为单个5-HT神经元彼此独立运作。虽然此前有人提出5-HT神经元可能是相互连接的，但这一点从未被直接证实。这正是我们在此所做的工作。我们还发现了一种由5-HT神经元之间这种特定连接类型所支持的有趣处理功能——或者说一种计算功能，"医学院细胞与分子医学系正教授、渥太华大学脑与思维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。

该国际研究团队的工作结合了多种实验方法，如电生理学、细胞成像、光遗传学和行为学方法，并辅以数学建模和计算机模拟。

取得的进展

那么，聚集在脑干中的血清素神经元并非主要各自独立的行动者，而是实际向大脑其他部分发送轴突，这意味着什么？

"在我看来，本文的主要启示是：哺乳动物的血清素系统在解剖和功能上远比我们之前想象的复杂得多。这些知识可能有助于开发针对重度抑郁症等情绪障碍的靶向疗法，"该研究的第一作者、Béïque博士医学院实验室前成员Michael Lynn博士说道。

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

他表示，团队的发现之所以重要，是因为结果表明存在具有自身活动模式的独特血清素神经元群，每个群控制着大脑特定区域的血清素释放。这对神经科学中的'赢者通吃'原则具有启示意义——该思想被应用于神经网络的计算模型中，神经元本质上通过竞争来激活。

"论文中揭示的新原理表明，这些不同的神经元群在某些情境下可以相互作用：'获胜'的高活性血清素群体会强烈抑制'失败'的低活性血清素群体的血清素释放，"他说。"这意味着一套更复杂、更动态的规则决定着血清素在整个大脑中何时及如何释放，这与旧有的、更单一信号的观念形成对比。"

决策，决策

该研究团队的工作对我们的大脑——这个拥有极其复杂的神经元布线、包含无数交错连接的器官——如何参与日常决策具有启示意义。

他们确定了外侧缰核（lateral habenula）最终如何控制血清素神经元的活动。这个区域在受挫时被激活，并与重度抑郁症有关。缰核神经元也被认为编码了从特定环境甚至我们的行为中所感知到的威胁程度。

Béïque博士这样解释："我们是否要从泳池的高跳台跳下？还是只从低台跳？我们要走进那条漆黑的小巷，还是避开它？什么时候算'太黑'？不知何故，我们的大脑必须计算我们世界的特征——包括特定环境的威胁程度——并得出一个二元输出：你去，或者不去。"

"我们认为我们已经识别出了一个参与该计算的神经回路，正是这个计算指导着我们的日常决策，"他说。

下一步

研究团队通过多年来对血清素系统进行的系统而创新的研究取得了这些进展，接下来要做什么？他们计划专注于使用小鼠模型进行行为研究。

"目前，我们发现的计算行为表现有些人为化。我们正试图观察当小鼠在更自然的环境中活动时，是否会出现类似情况，"Béïque博士说。

这篇新Nature Neuroscience论文的研究团队人才济济，包括渥太华大学医学院的Richard Naud博士（一位计算神经科学家，也是近期发表在Nature上的一项血清素相关研究的资深作者）以及渥太华大学创新与伙伴关系主任Sean Geddes。