新的研究在老鼠大脑提供线索如何处理感觉信息从内部器官
我们大多数人不加思索为什么我们感到愉快地吃饱吃假日大餐,为什么我们不小心吸入篝火烟后开始咳嗽,或者为什么我们突然恶心的冲击后摄入有毒的东西。然而,这样的感觉为生存是至关重要的:他们告诉我们我们的身体需要在任何给定的时刻,这样我们可以快速调整我们的行为。
然而在历史上,很少研究一直致力于理解这些基本身体sensations-also称为内部感觉时生成的大脑输入从接收和解释内部器官。
现在,哈佛医学院的研究员领导的研究小组已经取得新进步在理解内脏器官感知的基础生物学,其中包括一个复杂的级联的体内细胞之间的沟通。
在老鼠和一项研究发表在8月31日自然,研究小组使用了高分辨率的成像显示空间的地图神经元在脑干反应反馈内部器官。
他们发现反馈不同器官激活离散神经元集群,不管这些信息是机械或化学性质和这些群体的神经元代表不同器官在脑干组织从地形上。此外,他们发现抑制大脑中起着关键作用在帮助神经元选择性地应对器官。
“我们的研究揭示了不同的内部器官的基本原则表示脑干,”主要作者Chen表示,研究员在HMS细胞生物学。
这项研究仅仅是第一步在阐明如何内部器官与大脑。然而,如果研究结果证实了在其他物种,包括人类,他们可以帮助科学家开发更好的饮食失调等疾病的治疗策略,膀胱过动症、糖尿病、肺部疾病,高血压时出现内部传感出错。
“我想了解感觉输入编码的大脑是一个极其神秘的大脑是如何工作的,”说,资深作者斯蒂芬•Liberles HMS Blavatnik学院细胞生物学的教授和霍华德休斯医学研究所的一名调查员。“这使进入了解大脑功能产生认知和唤起行为。”
可以理解和了解甚少
近一个世纪以来,科学家们一直在研究大脑如何处理外部信息形成的基本的感官视觉、嗅觉、听觉、味觉和触觉,我们使用导航。随着时间的推移,他们收集了他们的研究结果表明各种感觉的大脑区域组织代表不同的刺激。
在1900年代中期,例如,研究接触导致科学家开发的皮质侏儒躯体感觉系统——说明,描述了卡通身体搭在大脑表面,每个部分将结合的位置处理,并按比例画基于灵敏度。1981年,哈佛大学教授大卫•胡伯和威塞尔获得诺贝尔奖的研究视野,他们有条不紊地映射到大脑的视觉皮层通过记录单个神经元的电活动对视觉刺激做出反应。2004年,另一个对科学家获得诺贝尔奖的嗅觉系统的研究,他们发现了数以百计的嗅觉受体和确切地透露出来的气味输入被安排在鼻子和大脑。
然而,直到现在,大脑感官的过程和组织内部器官的反馈调节基本的生理功能,如饥饿,饱食、口渴、恶心、疼痛,呼吸,心率,血压一直保持神秘。
“大脑如何接收输入从身体内部和如何处理这些输入已经极大地危害知之甚少,“Liberles说。
这可能是由于内部传感是更复杂的比外部传感、跑补充道。外部感官,他解释说,往往在一个接收信息的格式。视野,例如,完全是基于光的检测。
相比之下,内部器官传递信息机械力、激素、营养物质、毒素、温度、和每个可以作用于多个器官和转化为多个生理反应。机械拉伸,例如,信号需要小便当它发生在膀胱,但转化为满足当它发生在胃和触发器的反射停止吸入肺部。
一个星座的神经元
在新的研究中,Liberles跑,和他的同事们专注于脑干区域称为孤束核,或nt。
nt已知接收通过迷走神经感觉信息从内部器官。高阶脑区传递这一信息,调节生理反应,生成的行为。通过这种方式,nt作为内部对大脑感知网关。
研究人员使用一种功能强大的技术称为双光子成像测量钙钙水平个人大脑中的神经元作为神经活动的代理。
团队这一技术应用于小鼠暴露于不同类型的内部器官的刺激和用显微镜同时记录成千上万的神经元的反应随着时间的推移在nt。由此产生的视频显示神经元照亮了整个nt,就像夜空中星星眨眼了。
传统的成像技术,包括插入电极记录一小群神经元在单个时间点”就像看到只有几个像素的图像,”说。“我们的技术是喜欢看到所有的像素在高分辨率显示整个图像。”
研究团队发现刺激在不同内部器官的例子中,胃和larynx-generally激活不同的神经元集群在nt。相反,研究人员发现一些情况下,机械和化学刺激在同一机关常常唤起相同的生理反应(如咳嗽或饱食)激活重叠在脑干神经元。这些发现表明,特定群体的神经元可能致力于代表特定的器官。
此外,研究人员发现,反应在nt组织空间地图,他们被称为“内脏矮人”的类似皮质矮人发达几十年前。
最后,科学家们证实信号从脑干内脏器官需要抑制神经元。当他们使用药物阻断抑制,脑干神经元开始应对多种器官,失去以前的选择性。
工作奠定了基础”系统地研究内部的编码感知整个大脑,”说。
未来的基础
研究结果提出许多新问题,其中一些HMS团队想要地址。
调查如何感兴趣脑干传达内部感觉信息高阶大脑区域生产产生的感觉,比如饥饿、痛苦,或渴。
Liberles想探索内部传感系统是如何工作的在分子水平。特别是,他想确定的主要感官受体检测机械和化学刺激内部器官。
另一个为未来的研究领域是系统如何在胚胎发育过程中设置。Liberles说,新的发现表明,观察神经元类型仅是不够的;研究人员还必须考虑大脑神经元位于的地方。
“我们需要研究神经元之间的相互作用类型和他们的立场理解电路连接,什么不同的细胞类型中不同的回路,”他说。
Liberles也感兴趣可归纳的结果是如何其他动物,包括人类。虽然许多感觉通路是守恒的跨物种,他指出,也有重要的进化差异。例如,一些动物不表现出基本行为如咳嗽或呕吐。
如果证实在人类中,研究发现可能最终通知的发展更好的治疗疾病时出现内部感觉系统故障。
“这些疾病常常发生,因为大脑接收异常反馈内部器官,“跑说。“如果我们有一个好主意的大脑中的这些信号是如何编码的不同,我们可能有一天能够找出如何劫持这个系统和恢复正常的功能。”
额外的作者包括杰克Boettcher朱迪斯•凯和凯瑟琳Gallori HMS。
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