曾被低估了的深层脑机制 全身觉醒的关键：核巨细胞
从思想到语言到运动和五种感觉，我们的中枢神经系统无时无刻不在制造奇迹。这些令人眼花缭乱的特征都取决于一种被曾被低估了的深层脑机制。洛克菲勒大学脑神经生物学和行为实验室负责人Donald Pfaff课题组在《PNAS》发文，全身觉醒（generalized arousal，GA）不仅负责在清晨唤醒我们，而且还让我们时刻保持自己与环境之间的联系。
“这太基本了，以至于平时我们都不关注它，”Pfaff说。“但它确实非常重要。”
Pfaff和团队设计了一系列针对特定脑细胞的实验，提高了我们对意识根源的理解。
黑匣子里的大细胞
这篇《PNAS》文章的第一作者是Pfaff实验室的助理研究员Inna Tabansky，她的发现照亮了脑干的一个鲜为人知的区域——课题组将其称为“黑匣子”——它的实际名字叫核巨细胞（nucleus gigantocellularis，NGC），属于延髓网状结构的一部分。
他们在小鼠模型中关注了NGC中非常大的一种亚型神经元，实际上，它们与整个神经系统（包括丘脑）相连，该神经元可以激活整个大脑皮层。“你只要看一眼NGC神经元，你就知道它们一定非常重要，”Pfaff说。“唯一的问题是，它们为什么如此重要，我认为，它们一定是引发某种行为的必要条件。”
为了观察NGC神经元在GA中可能扮演什么角色，Tabansky和同事（包括访问教授Joel Stern等人）决定先从识别这些神经元的表达基因开始。他们采用了洛克菲勒大学科学家Jeffrey Friedman发明的“retro-TRAP”技术。
令人惊讶的是，NGC神经元竟然表达内皮一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS），这种酶可以生产一氧化氮使血管松弛，增加含氧血流向组织。（已知，大脑中没有其他神经元生产eNOS），他们还发现，表达eNOS的NGC神经元位于血管附近。
在Pfaff看来，神经元已经进化出了直接控制自身血液功能的能力。“我们非常肯定，如果大脑需要更多氧气和葡萄糖，它们就会释放一氧化氮到这些血管附近，”他说。
促进这种反应的条件还在进一步探索中。科学家们已经证实，环境变化（如引入新气味）可以激活NGC神经元表达eNOS，并在小鼠体内检测到了大量一氧化氮。
“当动物处于熟悉的环境时，NO产量很低，”Tabansky说。“但是，当动物需要适应新环境时，NO产量就会大大增加。NGC神经元的激活是觉醒过程的核心支柱。”
从细胞学到精神病学
展望未来，Tabansky说，她希望填补诸如双相情感障碍（bipolar disorder）、自杀倾向和多动症等精神疾病的神经生物学空白。毕竟已经有遗传研究暗示这些神经元在疾病中起到了某些作用，但这种联系背后的机制尚不清楚。
“目前，我们在啮齿类动物脑中观察到了涉及神经系统基本功能的基因及其相关通路，暗示基因有可能导致某些精神障碍，”她说。“这是非常初步的探究，还有很多工作要做，也许未来它们将颠覆现有的心理疗法。”
