新发现:大脑调节“口渴”机制

日期: 2018年03月02日


    

导读:当你口渴的时候,喝多少水才能满足身体需要?直到喝饱为止?大脑如何启动或停止喝水行为?加州理工大学的科学家们在小鼠脑神经回路中找到了答案。今天,赛业小编为您推荐“新发现:大脑调节‘口渴’机制”,详情如下:


这篇文章发表在2月28日网络版《Nature》,由生物学助理教授Yuki Oka领导完成。


小鼠大脑中有三个区域关联口渴:穹窿下器(subfornical organ,SFO),终板血管区(organum vasculosum laminae terminalis,OVLT)和视前正中核(median preoptic nucleus,MnPO)。这三个区域在前脑构成一个被称为终板(lamina terminalis,LT)的片状结构。

 

小鼠大脑区域图


大部分脑区都受血脑屏障保护,这是一层把血液和大脑分开的紧密细胞。但是小鼠的SFO和OVLT却直接连接血液,这两个区域的钠含量跟随血液中的钠水平(咸度)变化,所以说LT是大脑调节口渴的主要结构。


Oka等人的之前工作表明,SFO、OVLT和MnPO三个区域都富含刺激后驱动喝水行为的兴奋性神经元(excitatory neurons)。在这项新研究中,该团队的目的是鉴定LP兴奋性神经元类型,绘制它们驱动喝水行为的神经回路。


研究人员在MnPO内发现了一个特殊区域是口渴调节中心。它仅接收来自SFO的兴奋输入。当MnPO兴奋性神经元被遗传沉默后,再刺激SFO或OVLT都不会引起喝水行为。这是LT的一个口渴回路等级分层组织:MnPO从SFO和OVLT获得集成口渴信号,再将它们传送给下游饮水活动相关脑区。


研究小组还发现了另一个与喝水满足相关的神经回路。“当你脱水时,在你吞咽水的前几秒,你会感到满足。此时,你的血液含水量还未恢复,通常身体获得真正满足需要10-15分钟。在停止饮水前,SFO和OVLT并不能如实地检测到血液是否恢复正常,大脑怎么知道喝多少水才能停止呢?”Oka说。


由于“时差”的存在,研究人员认为必须存在某种快速信号来抑制饮水行为。该团队发现,MnPO内某些所谓的抑制神经元能立即对饮水活动做出反应,并能直接抑制SFO的口渴神经元。这些抑制性神经元由摄入的液体(而非固体)激活,研究人员认为抑制回路可能通过口腔吞咽运动监视液体摄入情况,从而达到精确抑制口渴神经元的效果。


“当你真正口渴时,喉咙吞咽液体的特殊方式不同于吞咽固体,”文章一作研究生Vineet Augustine说。“我们认为快速吞水的这个动作让抑制性细胞群有了反应。”


小组预测,当MnPO的抑制性神经元编码喝水-感应口渴抑制时,大脑会产生额外的满足信号。


“我们发现的抑制信号只出现在饮水过程中,”Oka说。“但是满足感的持续时间更长,表明MnPO抑制神经元不是口渴满足的唯一信号源,解开这些问题可能是我们今后研究的主题。”


小鼠大脑与人类大脑相似,研究人员表示人类大脑也可能存在类似的喝水行为控制和抑制回路。


原文检索:Hierarchical neural architecture underlying thirst regulation


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