大脑记忆信号与血糖水平有关
纽约大学医学院的一项新研究报告了海马体中的神经元是如何直接调节新陈代谢的。
纽约大学朗格医学中心官网8月11日消息
一项针对大鼠的新研究发现，一组已知有助于记忆形成的大脑信号也可能同时影响血糖水平。
纽约大学医学院（NYU Grossman School of Medicine）的研究人员发现，在大脑中被称为海马体(hippocampus)的区域有一种特殊的信号模式，过去的研究表明，海马体与记忆形成有关，新研究发现它也同时影响新陈代谢，即膳食营养素转化为血糖(葡萄糖)并作为能量来源供应给细胞的过程。
该研究围绕称为神经元的脑细胞展开，这些脑细胞“发射”（产生电脉冲）以传递信息。近年来，研究人员发现，海马体神经元在数毫秒的周期内相互放电，这种放电模式被称为“尖波波纹”（sharp wave ripple），它所呈现的形状被脑电图（EEG）捕获到，EEG是一种用电极记录大脑活动的技术。
近日在线发表在《自然》（Nature）杂志上的这项新研究[1]发现，海马体的尖波波纹在几分钟内确实会导致大鼠体内的血糖水平下降。
研究于2021年8月11日发表在《Nature》（最新影响因子：49.962）杂志上
虽然细节还需要进一步地证实，但目前的研究结果表明，这些尖波波纹可能会调节胰腺和肝脏释放激素（可能包括胰岛素）以及垂体释放其他激素的时间。
纽约大学朗格医学中心（NYU Langone Health）神经科学与生理学系比格斯教授，资深研究作者、医学博士 György Buzsáki博士说：“我们的研究首次展示了海马体中的脑细胞群如何直接调节新陈代谢。”
“我们并不是说海马体是这个过程中的唯一参与者，但大脑可能会通过尖波波纹在其中拥有发言权，”纽约大学朗格医学中心神经科学研究所的教员 Buzsaki 说。
György Buzsáki教授
众所周知，胰岛素可以将血糖维持在正常水平，胰腺细胞不会持续释放胰岛素，而是周期性地爆发。研究作者说，由于尖波波纹主要发生在非快速眼动 (NREM) 睡眠期间，睡眠障碍对尖波波纹的影响可能提供了睡眠不良与 2 型糖尿病中出现的高血糖水平之间的机制联系。
Buzsaki 团队之前的工作表明，尖波波纹在 NREM 睡眠期间的同一天晚上永久存储了每天的记忆，他 2019 年发表在《科学》（Science）杂志上的研究[2]发现，当尖波波纹经过实验性延长时，大鼠学会更快地在迷宫中导航。
“证据表明，出于效率的原因，大脑进化为使用相同的信号来实现记忆和激素调节方面的两种截然不同的功能，”研究的通讯作者、Buzsaki 实验室的博士后学者 David Tingley 博士说。.
之前的研究于2019年6月14日发表在《Science》（最新影响因子：47.728）杂志上
双重角色
研究人员说，海马体是多个角色的良好候选大脑区域，因为它连接到其他大脑区域，并且因为海马神经元有许多对激素水平敏感的表面蛋白（受体），所以它们可以调整自己的活动作为反馈回路。
新发现表明，海马体的尖波波纹降低血糖水平是这种循环的一部分。
Tingley 补充说：“动物本可以首先开发出一种系统来控制节律周期中的激素释放，然后当它们后来开发出更复杂的大脑时，将相同的机制应用于记忆。”
研究数据还表明，海马体的尖波波纹信号被传送到下丘脑，众所周知，下丘脑会支配和影响胰腺和肝脏，但通过一个称为侧隔（lateral septum）的中间大脑结构。
研究人员发现，尖波波纹可能仅通过振幅（海马神经元一次激活的程度）而不是波纹组合的顺序影响侧隔，这可能会在信号到达皮层时对记忆进行编码。
根据这一理论，如在 NREM 睡眠期间所见，每分钟 30 次以上的短时间尖波波纹引起的外周血糖水平下降比单独的尖波波纹大好几倍。重要的是，侧隔的沉默消除了海马体的尖波波纹对外周血糖的影响。
为了证实海马放电模式导致葡萄糖水平降低，该团队使用一种称为光遗传学（optogenetics）的技术，通过重新设计海马细胞以包括光敏通道来人为地诱导尖波波纹。
通过玻璃纤维将光照射到这些细胞上会引起与大鼠行为或大脑状态（例如休息或醒来）无关的波纹。与它们的天然对应物类似，合成波纹降低了糖含量。
展望未来，研究小组将寻求扩展其理论，即几种激素可能会受到夜间尖波波纹的影响，包括通过对人类患者的研究。Buzsaki 说，未来的研究还可能揭示可以调节尖波波纹以降低血糖和改善记忆力的设备或疗法。
创立于1841年的纽约大学医学院
参考文献
Source：NYU Langone Health
Researchers Link Brain Memory Signals to Blood Sugar Levels
References：
[1].Tingley, D., McClain, K., Kaya, E. et al. A metabolic function of the hippocampal sharp wave-ripple. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03811-w
[2]. Fernández-Ruiz AOliva AFermino de Oliveira ERocha-Almeida FTingley DBuzsáki G (2019) Long-duration hippocampal sharp wave ripples improve memory Science 364:1082–1086. https://doi.org/10.1126/science.aax0758