腦干中一個稱為藍(lán)斑（Locus coeruleus，LC）的小核是主要神經(jīng)調(diào)節(jié)劑去甲腎上腺素（NE）的主要來源，NE 是動物“戰(zhàn)斗或逃跑”反應(yīng)的重要介質(zhì)。然而，對這一雖小但至關(guān)重要的神經(jīng)元群的局部聯(lián)系知之甚少。德克薩斯兒童醫(yī)院（Texas Children's Hospital）Jan and Dan Duncan 神經(jīng)學(xué)研究所（Duncan NRI）研究員、貝勒醫(yī)學(xué)院（Baylor College of Medicine）助理教授江小龍博士的實驗室最近在《eLife》發(fā)表了一項開創(chuàng)性研究，揭示了成年小鼠藍(lán)斑的細(xì)胞組成和回路組織。

“在這項研究中，我們承擔(dān)了繪制藍(lán)斑內(nèi)產(chǎn)生 NE 的神經(jīng)元的局部連接的艱巨任務(wù)，”江博士說，“這是首次對藍(lán)斑進(jìn)行如此規(guī)模和細(xì)節(jié)空前的研究，事實上，對任何單胺類神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)都是如此。我們的研究顯示，藍(lán)斑內(nèi)的神經(jīng)元具有出乎意料的豐富細(xì)胞異質(zhì)性和局部接線邏輯?！?/p>

已知藍(lán)斑（LC）容納了大腦中絕大多數(shù)釋放去甲腎上腺素的神經(jīng)元，并調(diào)節(jié)許多基本腦功能，包括戰(zhàn)斗和逃跑反應(yīng)、睡眠/覺醒周期以及注意力控制。LC 神經(jīng)元存在于腦干的腦橋區(qū)域，感知外部環(huán)境中任何存在的危險或威脅，并發(fā)送信號提醒其他腦區(qū)即將發(fā)生的危險。

LC 神經(jīng)元的主要作用是釋放去甲腎上腺素（一種神經(jīng)遞質(zhì)和激素），增加警覺性和促進(jìn)覺醒，調(diào)節(jié)睡眠/覺醒周期和記憶。去甲腎上腺素水平改變與抑郁癥、焦慮癥、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、恐慌發(fā)作、多動癥、心臟病和藥物濫用有關(guān)。因此，更好地了解 LC 神經(jīng)元的功能是理解和確定許多神經(jīng)精神和神經(jīng)退行性疾病的治療方法的關(guān)鍵。

LC 神經(jīng)元曾被視為對整個大腦產(chǎn)生全局、一致影響的同質(zhì)神經(jīng)元群，但最近的研究表明，LC 神經(jīng)元是去甲腎上腺素能細(xì)胞的異質(zhì)性群體，表現(xiàn)出空間和時間模塊化。這些發(fā)現(xiàn)激發(fā)了江博士及其團(tuán)隊對 LC 神經(jīng)元功能多樣性的細(xì)胞和回路機(jī)制的研究興趣。

為此，該團(tuán)隊必須克服一些技術(shù)障礙，以便能夠同時測量成年小鼠腦切片中幾個 LC 神經(jīng)元的活性。例如，盡管在過去幾十年中，同時記錄兩個以上神經(jīng)元的細(xì)胞內(nèi)信號的技術(shù)已被用于研究皮質(zhì)回路，但由于空間限制和每個腦片中細(xì)胞數(shù)量有限，使用該技術(shù)記錄腦干中的小核（如LC）一直具有挑戰(zhàn)性。在這項研究中，通過優(yōu)化切片質(zhì)量并使其記錄系統(tǒng)適應(yīng)小的腦干切片，江實驗室的研究生、論文的第一作者 Andrew McKinney 首次成功地同時記錄了多達(dá) 8 個 LC 神經(jīng)元。

這一技術(shù)發(fā)展使 Andrew 和團(tuán)隊中的其他人對 LC 神經(jīng)元是如何組織以及它們是如何運作的做出了一些意想不到的觀察。

首先，與該領(lǐng)域新出現(xiàn)的觀點一致，他們發(fā)現(xiàn) LC 中產(chǎn)生去甲腎上腺素的神經(jīng)元是多樣的。此外，他們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)其形態(tài)和電特性，可將其分為至少兩種主要細(xì)胞類型，這些亞型在 LC 中占據(jù)不同的空間位置（解剖龕位）。該發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步深入研究成年動物 LC 提供了堅實而急需的基礎(chǔ)。

其次，他們發(fā)現(xiàn) LC 神經(jīng)元不形成化學(xué)突觸，這是神經(jīng)元之間最常見的連接類型。相反，它們形成電突觸，并通過縫隙連接相互連接。這是一個意想不到的發(fā)現(xiàn)，因為傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，通過縫隙連接的電耦合主要存在于發(fā)育中的 LC 中，而不是成年動物的 LC 中。

第三，他們發(fā)現(xiàn)相同亞型的 LC 神經(jīng)元彼此電連接，但不與另一種神經(jīng)元連接，為 LC 的功能模塊化提供了第一個細(xì)胞和回路線索，并開辟了理解功能模塊化如何在去甲腎上腺素能系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生并動態(tài)控制不同過程的通路。這些發(fā)現(xiàn)表明，考慮到每種細(xì)胞類型在 LC 中具有優(yōu)先解剖位置和不同的投射靶，每種細(xì)胞內(nèi)電耦合的同型網(wǎng)絡(luò)可以協(xié)調(diào)或協(xié)同它們作為一個整體的輸入或輸出，以參與回路的不同功能，因為它們將信息從大腦運送到各種靶，例如肌肉或腺體。

最后，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元之間典型的化學(xué)突觸的網(wǎng)狀連接不同，單個亞型的 LC 神經(jīng)元被發(fā)現(xiàn)彼此形成獨特的線性鏈狀電連接。這為電耦合神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在大腦中是如何組織的提供了第一個實驗線索。

“這項研究揭示了一些尚未探索的問題，特別是關(guān)于藍(lán)斑的細(xì)胞和回路組織，也為大腦生理學(xué)的其他更廣泛方面提供了一些新的見解，”江博士說，“我們預(yù)計，這些新發(fā)現(xiàn)將引起細(xì)胞、系統(tǒng)和計算神經(jīng)科學(xué)家的廣泛興趣，并將激發(fā)未來的幾項研究，以了解 LC 中的每個神經(jīng)元如何相互作用，從而形成一個同步的網(wǎng)絡(luò)。此外，鑒于 LC 的失調(diào)與許多神經(jīng)精神和神經(jīng)退行性疾?。òㄗ蚤]癥和阿爾茨海默?。┯嘘P(guān)，這些發(fā)現(xiàn)為解讀這些疾病的細(xì)胞和回路機(jī)制提供了重要的知識庫。”