PNAS：科学家成功定位出能监测和调节机体心肺功能的单一神经元

机体能在一种称之为体内平衡（homeostasis）的过程中进行自我调节，而大脑负责这一过程，因为其能不断监测机体所有的重要信号，比如，如果你需要更多氧气，随后信息就会被传输到大脑，并告诉机体调整呼吸和心率，然而参与调节呼吸和心率的神经元从未被直接观察到，直到现在，多亏了大脑外科手术中的大脑记录技术。

近日，一篇发表在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上题为“Single neurons in the thalamus and subthalamic nucleus process cardiac and respiratory signals in humans”的研究报告中，来自洛桑联邦理工学院等机构的科学家们通过研究发现，大脑深处位于两个丘脑核（thalamic nuclei）和丘脑下核（subthalamic nucleus）区域中的单一神经元或能编码来自心脏和肺脏中的关键生理学信号，这或许就为揭示在人类中的相同过程提供了首个直接证据。

研究者Emanuela De Falco说道，机体内部器官和大脑之间的神经连接基于罕见动物研究和现有解剖学工作的假设，我们发现，心-肺信号（cardio-respiratory signals）或会影响很大一部分神经元的功能。而定位这些神经元或许是相关的，因为其能揭示大脑深处机体-大脑之间的相互交流是如何发生的。

机体和大脑之间的交流被认为与多个重要的认知和情感过程（affective processes）有关，因为其影响着视觉检测、情绪调节和决策制定；机体-大脑之间交流沟通的故障被认为是多种心理健康疾病发生的重要特征，包括焦虑症、情绪、饮食障碍和心理疾病（psychosomatic disorders）等。

图片来源：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2316365121

这项研究中，研究人员记录了接受深度大脑刺激（DBS）手术治疗多种疾病的患者机体中单一神经元的活性，DBS包括通过电极来刺激大脑深处的神经元活性，在插入探针之前，神经外科医生有时会暂时将微电极插入其大脑来记录大脑活性，因为这能改善随后所插入的DBS电极的大脑部位。在之前的研究计划中，研究人员观察到了这些微电极记录的潜力，并能抓住机会同时监测心电图，从而就能获得神经元活动和不同心脏和呼吸信号的耦合记录。

研究者Falco表示，如今我们知道了这些神经元所处的位置，未来的研究中我们将会重点理解大脑皮质下区域心率和神经活性之间的反馈回路机制，以及其如何参与自我意识、运动意图或自由意志。更广泛地讲，这项研究为未来多项研究发展奠定了一定的基础，或有助于理解大脑的活性以及更广泛地研究人类的精神性疾病。

综上，本文研究结果表明，通过广泛地描述丘脑和丘脑下神经元中与心肺功能相关的单一活性，研究人员强调了这些大脑皮质下区域在内脏信号处理中的主要作用。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Emanuela De Falco,Marco Solcà,Fosco Bernasconi, et al. Single neurons in the thalamus and subthalamic nucleus process cardiac and respiratory signals in humans, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2316365121