大脑电信号通路的绝缘性十分重要


  导 语 大脑电信号通讯工作的一个关键特征是各通路间是相互紧密绝缘的,这与金属线外包裹塑料原理相近,脑连接通路也包裹着一种叫做“髓磷脂”的绝缘材料,髓磷脂本质上是一层脂肪绝缘层,包裹着大脑中的许多电信号通路。近日,《Nature Communications》上的一项研究表明,大脑电信号通路的绝缘功能十分重要。

 

01 研究背景

 

  人类的大脑中存在很多以电信号形式连接的通路,这些连接通路实现了重要信息间的通讯功能,这与我们日常看到的电线有很多相似之处。大脑电信号通讯工作的一个关键特征是它们是紧密绝缘的,这与金属线外包裹塑料原理相近,大脑连接也包裹着一种叫做“髓磷脂”的绝缘材料,髓磷脂本质上是一层脂肪绝缘层,包裹着大脑中的许多“电线”。

 

  髓磷脂对于人是非常重要的。当这层绝缘层破裂时,大脑就很难以正常的速度传输信号,这就会导致多发性硬化症。然而,可能是由于相关研究需要在活体人体中展开。迄今为止,很少有研究在疾病领域之外进一步探究髓鞘。

 

大脑电信号通路的绝缘性十分重要

 

  近日,一项脑科学的相关研究对髓磷脂的一些假设提出了质疑。值得一提的是,在过去的十年里,包括牛津大学的实验室在内的世界各地的诸多实验室,都表明了相同的观点,即髓磷脂的复杂性和动态性比早前的预测要强得多。有一项极具突破性的新方法通过磁共振成像(MRI)有效地测量富含脂肪的绝缘层,这让相关科研工作者们能够对包裹我们大脑通路的绝缘层展开进一步研究和讨论。

 

02 研究概述

 

  随着脑科学研究的发展,更多的研究认为轴突产生的髓鞘化是脑功能的关键调节因素。这是由于轴突的髓鞘化特性影响了它的许多生理水平。现有的观察性研究、干预性研究和计算机模拟已经证明,在大脑中电信号传导速度随着髓鞘厚度和结间长度的增加而增加。此外,也有人提出髓鞘化能够实现高频传导,并在网络生理学中发挥更广泛的作用,髓鞘化通过同步神经元活动和以回路依赖的方式调节动作电位的时间。

 

  在威康综合神经成像中心,一组脑科学相关研究团队使用新的磁共振成像技术来对髓磷脂展开深入研究。首先,研究人员获取了诸多受试者详细的MRI脑部扫描图像,进而得到大量有效的髓鞘的信息。然后,该团队人员对相同的受试者进行了一种名为经颅磁刺激的非侵入性脑刺激。使用经颅磁刺激,可以产生快速的电信号,并在毫秒级的范围内追踪它们在大脑中的分布。这项技术能够捕捉到包括大脑两侧在内大脑各个区域之间的快速电通信状态,这对于研究是非常重要的。在研究过程中,MRI可以收集许多已知与髓磷脂相关的定量标志物。由于髓磷脂是所有序列都敏感的唯一共同生物学特征,因此可以推断,任何一致的共同趋势都能够作为髓磷脂驱动效应的有力证据。

 

大脑电信号通路的绝缘性十分重要

髓鞘形成和皮质-皮层相互作用的非侵入测量方法

 

  然后,研究团队进一步探究了髓鞘标记与皮质-皮质相互作用的生理学测量部位的解剖位置,通过使用来自个体受试者皮层刺激部位的信息,进行纤维束成像,以重建受刺激的白质纤维的估计值,研究发现,在所有个体中,受刺激的白质纤维贯穿于胼胝体,与实验前的假设一致,髓鞘化标记与基于刺激的生理读数相关的集群位于所有受试者被持续刺激的解剖白质区。

 

大脑电信号通路的绝缘性十分重要

刺激后白质纤维束的示踪成像

 

大脑电信号通路的绝缘性十分重要

运动网络生理学将髓鞘的形成与切换行为建立了联系

 

03 研究意义

 

  这是首次有研究表明,人与人之间大脑线路绝缘的差异与大脑区域间信号传递方式的显著差异有关。例如,在连接两个大脑区域的特定脑信号通路间中有更多的髓磷脂,这两个大脑区域之间的电连接性往往也更强。由于这项研究证实了髓磷脂不仅对疾病有重要意义,而且对大脑的日常功能都有深远的影响,因此这项发现非常重要。研究还展示了可以通过研究髓鞘来了解人类大脑不同区域之间如何相互交流细节的。

 

  该项研究让我们不禁提出疑问,如果我们的大脑线路绝缘与我们对脑刺激的反应有关,那么关于髓鞘的信息是否可以在未来用于研究对脑刺激的临床反应?经颅磁刺激已经被用作治疗严重抑郁症的一种有前景的疗法,但人们对这种治疗的反应存在巨大的差异。关于大脑线路绝缘的信息能告诉我们为什么有些人对经颅磁刺激反应比其他人好吗?这最终能帮助我们更好地定制治疗吗?对于以上这些问题,我们仍然没有答案,还需进一步探索和研究。然而,可以确定的是,我们大脑线路的这一富含脂肪的绝缘部分,即曾经被认为是大脑中最无关紧要的部分,可能会带给我们一些惊喜。

 

关键词:

Nature Communications,大脑,脑科学研究,维拓启创

搜索

全部
  • 全部
  • 产品管理
  • 新闻资讯
  • 介绍内容
  • 企业网点
  • 常见问题
  • 企业视频
  • 企业图册