心脏跳动时大脑也跟着抖一抖 有助于科学家对不同神经元进行准确分类

图片来源：Mosher et al./Cell Reports动图截图

当心脏跳动时，大脑就会抖动。现在，研究人员发现了一种利用这一运动来更好地研究不同类型神经元之间差异的方法。在3月10日的《细胞报告》杂志上发表的一项研究中，研究人员发现，通过分析神经元在一次心跳中记录的波形变化，可以更准确地对人类大脑中不同类型的神经元进行分类。他们表示，这项工作可以帮助我们更好地理解大脑中不同类型的细胞是如何相互作用产生认知和行为的。

“我们正在记录植入有神经外科手术电极的人类患者大脑的神经元，并且将神经活动与心跳活动对比，发现每次心跳时许多神经元都会改变其放电方式。”西奈医学中心的Clayton Mosher说，他与艾伦研究所与Yina Wei同为研究报告的第一作者。“我们当时想，'好吧。这令人惊讶！'”

但当研究小组进一步放大时，他们意识到神经元并没有以不同的方式放电；相反，大脑在抖动。每一次心跳，大脑都跟着抖动，以及神经元在头骨内的位置都会发生轻微的改变。科学家们估计，在一次心跳中，神经元的移动幅度约为3微米，比一根头发的宽度还小。这种运动产生了神经元放电的差异。

“我们从许多人认为是大脑运动而不是神经活动的结果开始。他们认为这是嘈杂的。他们认为这是他们实验的局限性。”艾伦研究所、这项研究的资深作者Costas Anastassiou以及Cedars-Sinai医学中心的Ueli Rutishauser说。“我们能够证明的是，如果以一种聪明的方式利用它，大脑的这种自然发生的运动可以告诉我们更多关于我们所记录的细胞的信息。这是因为测量来自大脑不同位置的同一个神经元的活动提供了关于神经元的额外信息。”

传统上，科学家是根据神经元的波形来对其进行分类的，波形是每个神经元在“尖峰”时，即每次激活时所发出的特有的电活动模式。每个神经元的波形形状不同。通过检测波形的宽度，科学家可以准确地将神经元分为两类：窄型和宽型。

现在，由心跳引起的微小的大脑运动使科学家能够更准确地测量波形形状。当神经元与电极之间的距离改变时，测量到的波形也会改变。通过测量这些变化，研究小组发现它们可以区分人类海马体中三种不同类型的神经元:窄峰(NS)、宽峰1 (BS1)和宽峰2 (BS2)。每一类神经元都有不同的放电特性:研究人员发现BS1神经元的活动与伽玛波相协调，而BS2神经元的活动与theta波相协调。

“伽马波和theta波是大脑中与认知高度相关的活动模式。例如，我们知道，记忆和学习与振荡是紧密相连的。我们知道，注意力与伽马射线振荡密切相关。”

“归根结底，要了解大脑的工作原理，我们需要了解大脑中存在哪些不同类型的细胞，以及这些细胞类别如何相互作用以产生认知和行为。”他说，“人们需要能够跨越各种尺度，才能了解微观世界是如何引起宏观世界中发生这种行为现象的。我们的工作首次揭示了如何在人类大脑的尺度之间建立起这样一座桥梁。 ”

神经科学面临的挑战之一是，神经元在活人身上的表现，与单独研究大脑切片时的表现，往往存在差异。通过对人类脑组织的记录，研究人员能够建立单细胞模型来模拟真实神经元的生物物理特征和形态。该模型将活体大脑和体外大脑切片记录连接起来，作为一种新的神经元分类工具。人类神经元的计算模型可以用来更好地理解我们从植入电极的活人身上记录的信号。

“最终，我们想要了解的是，第一，人类大脑中不同类型的神经元是如何对认知和行为做出贡献的。” Mosher说，“第二个目标是研究心跳和呼吸如何反过来影响行为或认知。”

原文来源：https://medicalxpress.com/news/2020-03-scientists-categorize-neurons-brain-jiggles.html