Nature：帮助记忆形成的大脑信号可能会影响血糖！

纽约大学格罗斯曼医学院(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，它也影响新陈代谢，即饮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。

这项研究围绕着一种被称为神经元的脑细胞展开，这种脑细胞“燃烧”(产生电脉冲)来传递信息。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“锐波涟漪”，因为它的形状被脑电图描记器(EEG)捕捉到，脑电图器是一种用电极记录大脑活动的技术。

8月11日发表在《自然》杂志(Nature)网站上的一项新研究发现，海马体的尖锐波波纹群在几分钟内确实会导致老鼠体内的血糖水平下降。虽然细节有待证实，但研究结果表明，这些波纹可能会调节胰腺和肝脏释放激素的时间，可能包括胰岛素，以及脑下垂体释放其他激素的时间。

“我们的研究首次展示了海马体中激活的脑细胞簇如何直接调节新陈代谢，”资深研究作者Gy?rgy Buzsáki说，医学博士，纽约大学朗格尼健康学院神经科学和生理学比格斯教授

“我们并不是说海马体是这个过程中唯一的参与者，但大脑可能通过尖锐的波波纹在其中有发言权，”Buzsáki说，他也是纽约大学朗格尼神经科学研究所的教员。

胰岛素是由胰腺细胞释放的，但不是持续的，而是周期性的爆发。该研究的作者说，由于尖波涟漪主要发生在非快速眼动(NREM)睡眠期间，睡眠障碍对尖波涟漪的影响可能在睡眠质量差和2型糖尿病患者的高血糖水平之间提供了一种机制联系。

Buzsaki的团队之前的工作表明，在非快速眼动睡眠期间，尖锐的波波纹参与了在同一天晚上永久存储每天的记忆，他2019年的研究发现，当波纹被实验延长时，老鼠学会更快地导航迷宫。

“有证据表明，出于效率的原因，大脑进化了，使用相同的信号来实现两种截然不同的功能，即记忆和荷尔蒙调节，”通讯作者David Tingley博士说，他是Buzsaki实验室的博士后学者。

双重角色

研究人员说，海马体是一个发挥多种作用的很好的候选大脑区域，因为它连接到其他大脑区域，而且海马体神经元有许多对激素水平敏感的表面蛋白(受体)，因此它们可以作为反馈回路的一部分调整自己的活动。新的发现表明，海马的波纹作为这个循环的一部分降低了血糖水平。

廷利补充说:“动物可能首先发展出一种系统，以有节奏的周期控制激素释放，但当它们后来发展出更复杂的大脑时，就会将同样的机制应用到记忆上。”

研究数据还表明，海马锐波纹波信号被传递到下丘脑，下丘脑被认为支配和影响胰腺和肝脏，但这是通过一个叫做外侧隔的中间大脑结构。研究人员发现，涟漪可能仅仅通过振幅(海马体神经元同时发出信号的程度)影响侧隔，而不是波纹组合的顺序，后者可能在信号到达皮质时对记忆进行编码。

与这一理论相一致的是，在非快速眼动睡眠中出现的每分钟30次以上的短时间涟漪，会导致外周葡萄糖水平的下降，比单独的涟漪要大好几倍。重要的是，关闭侧隔可以消除海马锐波波纹对周围血糖的影响。

为了证实海马体放电模式导致葡萄糖水平下降，研究小组使用了一种叫做光遗传学的技术，通过重新设计海马体细胞，包括光敏通道，人工诱发涟漪。通过玻璃纤维照射这些细胞会产生与老鼠行为或大脑状态(如休息或清醒)无关的涟漪。与天然的波纹相似，合成波纹降低了糖的含量。

接下来，该研究小组将寻求扩展其理论，即几种激素可能会受到夜间剧烈波动的影响，包括通过对人类患者的研究。Buzsaki说，未来的研究可能还会揭示可以调节血糖波动、改善记忆力的设备或疗法。

除了廷利和布兹萨基，该研究的作者还有纽约大学朗格尼健康中心的埃金·卡亚、凯瑟琳·麦克莱恩和乔丹·卡彭特。这项研究由美国国立卫生研究院MH122391、U19 NS104590和U19NS107616资助。

Journal Reference:

David Tingley, Kathryn McClain, Ekin Kaya, Jordan Carpenter, György Buzsáki. A metabolic function of the hippocampal sharp wave-ripple. Nature, 2021; DOI: 10.1038/s41586-021-03811-w