身體的其他部分不同，大腦中沒有足夠的空間來儲存能量。相反，大腦依靠其內(nèi)數(shù)百英里的血管通過血液提供新鮮能量。然而，直到現(xiàn)在，人們對大腦如何在活動(dòng)增加時(shí)表達(dá)對更多能量的需求，然后將其血液供應(yīng)導(dǎo)向特定的熱點(diǎn)，還知之甚少。
現(xiàn)在，馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院和佛蒙特大學(xué)的研究人員已經(jīng)展示了大腦在需要能量時(shí)如何與血管通信，以及這些血管如何通過放松或收縮以將血流引導(dǎo)至特定大腦區(qū)域來做出反應(yīng)。
在他們于 7 月 21 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的新論文中，研究人員表示，了解大腦如何以復(fù)雜的細(xì)節(jié)將能量引導(dǎo)至自身，有助于確定在阿爾茨海默病和癡呆等疾病中出了什么問題，在這些疾病中，有缺陷的血流是認(rèn)知障礙。如果大腦在需要時(shí)沒有將血液輸送到需要的地方，神經(jīng)元就會變得緊張，隨著時(shí)間的推移，它們會惡化，最終導(dǎo)致認(rèn)知能力下降和記憶力問題。
大動(dòng)脈為稱為小動(dòng)脈的中型血管提供營養(yǎng)，然后再為更細(xì)小的毛細(xì)血管提供營養(yǎng)——小到一次只能通過一個(gè)血細(xì)胞。在 2017 年 Nature Neuroscience 的一篇論文中，研究人員表明，通過毛細(xì)血管的電脈沖可以引導(dǎo)血液從供應(yīng)大腦大面積區(qū)域的中等大小的小動(dòng)脈流出。在這篇最新論文中，該團(tuán)隊(duì)希望研究血液流經(jīng)毛細(xì)血管時(shí)的微調(diào)，以精確調(diào)節(jié)大腦微小區(qū)域的能量供應(yīng)。
“似乎有兩種機(jī)制協(xié)同工作，以確保血液形式的能量進(jìn)入大腦的特定區(qū)域：一種是廣泛的，另一種是精確的，”Thomas Longden 博士說。，馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)助理教授。“第一個(gè)電氣機(jī)制就像一個(gè)粗略的大錘方法，通過控制中等大小的小動(dòng)脈，將更多的血液輸送到增加的大腦活動(dòng)附近，然后毛細(xì)血管鈣信號確保精細(xì)的微調(diào)，以確保血液準(zhǔn)確地到達(dá)通過微小的毛細(xì)血管在正確的時(shí)間正確的位置。”
Longden 博士和他的合作者使用了一種蛋白質(zhì)，當(dāng)細(xì)胞中鈣含量增加時(shí)，該蛋白質(zhì)會發(fā)出綠光。由于康奈爾大學(xué) Michael Kotlikoff 團(tuán)隊(duì)的努力，他們能夠在小鼠血管內(nèi)壁的細(xì)胞中開啟這種工具。然后，研究人員通過這些小鼠大腦中的小窗口觀察鈣在控制大腦毛細(xì)血管血流中的作用。當(dāng)血管內(nèi)的細(xì)胞收到鈣的流入時(shí)，它們會發(fā)出綠色的光。他們在透過窗戶可見的大腦微小部分的毛細(xì)血管中每秒檢測到 5,000 個(gè)鈣信號，他們說在整個(gè)大腦的血管系統(tǒng)中每秒大約有 1,000,000 個(gè)這樣的反應(yīng)。
“在我們部署這項(xiàng)新技術(shù)之前，大腦中存在著完全看不見的鈣信號世界，現(xiàn)在我們可以看到大腦血管內(nèi)的大量活動(dòng)——它們不斷地放電，”朗登博士說。
標(biāo)簽： 大腦
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