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科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，他們能轉(zhuǎn)變老鼠的大腦行為，喚醒它們，或者讓它們進(jìn)入無意識狀態(tài)。實現(xiàn)這一切的方式是，改變老鼠中央丘腦里的神經(jīng)發(fā)射率。中央丘腦是負(fù)責(zé)管理覺醒的區(qū)域。這個研究結(jié)果，發(fā)表在eLIFE上，該項研究得到了美國國家健康學(xué)院的資助。
“我們的研究結(jié)果表明，中央丘腦就像一個收音機(jī)轉(zhuǎn)盤那樣工作，它能把大腦調(diào)節(jié)到不同的行為和覺醒狀態(tài)。”金永·李博士說，他是斯坦福大學(xué)神經(jīng)學(xué)、神經(jīng)外科和生物工程學(xué)的助理教授，也是本項研究論文的主要作者。
丘腦位于大腦的深層內(nèi)部，作為一個中繼站，發(fā)送身體的神經(jīng)信號給皮質(zhì)。丘腦中央部位神經(jīng)的損害，會讓人的睡眠、注意力和記憶力出現(xiàn)問題。早期的研究發(fā)現(xiàn)，刺激丘腦神經(jīng)可以將外傷性腦損傷的病人從zui低限度的意識狀態(tài)里喚醒。
李教授的團(tuán)隊用激光脈沖照射到正在睡眠中的老鼠的敏感的中央丘腦神經(jīng)上，使細(xì)胞發(fā)射。每秒達(dá)到40或100脈沖的高頻率刺激能喚醒了老鼠。相反，每秒只有10脈沖的低頻率刺激會讓老鼠進(jìn)入失神發(fā)作的聯(lián)想狀態(tài)，它們會變得僵硬，盯視某處，然后回到睡眠狀態(tài)里。
“這項研究是一個很大的突破，為我們進(jìn)一步理解大腦電路如何進(jìn)入睡眠和覺醒提供了數(shù)據(jù)。”
科學(xué)家使用功能磁共振圖像（FMRI）掃描大腦行為時，他們看到高低頻刺激都能讓老鼠進(jìn)入*不同的行為狀態(tài)。當(dāng)使用高頻刺激時，皮質(zhì)大腦區(qū)域被激發(fā)；而使用低頻刺激時，皮質(zhì)大腦區(qū)域被抑制。電子記錄確認(rèn)了這個觀察結(jié)果。中央丘腦在高頻刺激時，軀體感覺皮質(zhì)的神經(jīng)放射得更多，而低頻刺激時，則發(fā)射得少。
“李博士的突破性研究表明，用圖像技術(shù)來研究大腦是可行的。”劉國英博士說，他是美國國家衛(wèi)生研究所生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程項目主任。
怎樣改變同一區(qū)域里相同神經(jīng)的發(fā)射率，使大腦的其他區(qū)域受到不同的影響呢？
其他的試驗表明，相鄰大腦區(qū)域——未定帶區(qū)域，在低頻刺激下，其抑制神經(jīng)采取*放電模式，可以達(dá)到不同效果。這個大腦區(qū)域的細(xì)胞已被證明可以輸送抑制信號給感覺皮層的細(xì)胞。
電子記錄表明，在中央丘腦的低頻刺激下，未定帶神經(jīng)會在睡眠紡錘波模式下發(fā)射，也就是說，這種情形常發(fā)生于睡眠中。相反，在高頻刺激時，睡眠梭紡錘波不會發(fā)生。而且，當(dāng)科學(xué)家阻止中央丘腦低頻刺激中的未定神經(jīng)發(fā)射時，敏感皮質(zhì)細(xì)胞的平均活動量增加了。
雖然丘腦的深部腦刺激已經(jīng)表明可以治療外傷性腦損傷，但是通過這些治療后，病人的意識層面的恢復(fù)較慢。
“我們的試驗展示了大腦電路對覺醒狀態(tài)的管理，”李博士說，“我們希望使用這個知識開發(fā)較好的方案，治療大腦損傷和其他神經(jīng)失序疾病。”
