一项全面的电路映射研究揭示了脑干中去甲肾上腺素神经元的许多意想不到的事实

脑干中有一个被称为蓝斑位点(字面意思是“蓝点”)的小核，它是一种主要神经调节剂去甲肾上腺素(NE)的主要来源，NE是动物“战斗或逃跑”反应的重要中介。然而，对于这一小群极其重要的神经元的局部连接，我们所知甚少。一项最新的开创性研究发表在eLife来自德克萨斯儿童医院Jan and Dan Duncan神经研究所(Duncan NRI)研究员、贝勒医学院助理教授蒋晓龙博士的实验室，现在揭示了成年小鼠蓝斑位点的细胞组成和电路组织。

“在这项研究中，我们承担了一项艰巨的任务，即绘制蓝斑中产生ne的神经元的局部连接，”蒋博士说。“这是第一次对蓝斑，事实上，对任何单胺神经递质系统进行如此大规模和详细的研究。我们的研究揭示了蓝斑的神经元具有出乎意料的丰富的细胞异质性和局部布线逻辑。”

蓝斑核感知危险并向大脑其他区域发出警报

蓝斑位点(LC)是大脑中绝大多数去甲肾上腺素释放神经元的所在地，并调节许多基本的大脑功能，包括战斗和逃跑反应、睡眠/清醒周期和注意力控制。LC神经元位于脑干的桥脑区，能够感知外部环境中存在的任何危险或威胁，并发送信号提醒其他大脑区域即将发生的危险。

LC神经元的主要作用是释放去甲肾上腺素，一种神经递质，和一种激素，提高警觉性，促进觉醒，调节睡眠/觉醒周期和记忆。去甲肾上腺素水平的改变与抑郁、焦虑、创伤后应激障碍惊恐发作、多动、心脏问题和药物滥用。因此，更好地理解LC神经元的功能是理解和确定许多神经精神疾病和神经退行性疾病的治疗方法的关键。

蓝斑有两种不同的细胞亚型，均通过间隙连接连接

LC神经元曾经被视为一组对整个大脑施加全球统一影响的同质神经元，最近的研究表明，LC神经元是一组异质去甲肾上腺素能细胞，表现出空间和时间的模块化。这些发现激起了蒋博士及其团队研究LC神经元功能多样性的细胞和电路机制的兴趣。

为了做到这一点，研究小组必须克服一些技术障碍，才能同时从成年小鼠的大脑切片中测量几个LC神经元的活动。例如，虽然在过去的几十年里，同时记录两个以上神经元的细胞内技术已被用于研究皮层回路，但由于空间限制和每个大脑切片中的细胞数量有限，使用这种技术记录脑干中的小核(如LC)一直具有挑战性。在这项研究中，通过优化切片质量并使他们的记录系统适应小脑干切片，Jiang实验室的研究生、论文的第一作者Andrew McKinney首次成功地同时记录了多达8个LC神经元。

这项技术的发展使得安德鲁和团队中的其他人对LC神经元的组织和功能进行了一些意想不到的观察。

首先，与该领域的新兴观点一致，他们发现LC中产生去甲肾上腺素的神经元是多样化的。此外，他们发现这些细胞可以根据其形态和形态被分为至少两种主要的细胞类型电气性能这些亚型在LC中占据不同的空间位置(解剖位)。这一发现为进一步深入研究成年动物LC提供了坚实而急需的基础。

其次，他们发现LC神经元不会形成化学突触，这是神经元之间最常见的连接类型。相反，它们形成电突触，并通过间隙连接彼此连接。这是一个意想不到的发现，因为传统的想法是，通过间隙连接的电耦合主要存在于发育中的LC中，而不是在成年动物的LC中。

第三，他们发现同一亚型的LC神经元彼此电连接，但与另一种神经元不连接，为LC的功能模块化提供了第一个细胞和电路线索，为理解功能模块化如何在去甲肾上腺素能系统中产生并动态控制各种过程开辟了途径。这些发现表明，考虑到每种细胞类型在LC中具有优先的解剖位置和不同的投影目标，每个细胞内电耦合的同型网络可以协调或协同它们的输入或输出作为一个整体，以参与电路的不同功能，因为它们将信息从大脑传输到各种目标，如肌肉或腺体。

最后，与中枢神经系统中神经元之间典型的化学突触的网状连接不同，单一亚型的LC神经元被发现彼此之间形成了独特的线性链状电连接。这为研究电耦合神经元网络在大脑中的组织方式提供了第一个实验线索。

“这项研究揭示了关于大脑细胞和电路组织的几个未探索的问题蓝斑特别是，这也为大脑生理学的其他更广泛的方面提供了一些新的见解，”蒋博士说。蒋博士补充说:“我们预计这些新颖的发现将引起细胞、系统和计算神经科学家的广泛兴趣，并将激发未来的几项研究，以了解LC中的每个神经元如何相互作用，从而产生同步网络。”“此外，鉴于LC的失调与许多神经精神疾病和神经退行性疾病有关，包括自闭症和阿尔茨海默病，这些发现为破译这些疾病的细胞和电路机制提供了必要的知识基础。”

其他参与这项研究的有胡明、安珀·霍斯金斯、阿里安·穆罕默德亚尔、Nabeeha Naeem、景俊章、Saumil Patel和Bhavin Sheth。他们隶属于以下一个或多个机构:德克萨斯儿童医院的简和丹·邓肯神经学研究所，贝勒医学院和休斯顿大学。这项研究得到了美国国立卫生研究院和美国主要街道基金的几项研究和培训资助。