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科学家识别出能够唤醒和抵抗全身麻醉的脑细胞

神经科学家并不确切知道什么大脑回路控制觉醒和睡眠,也不确切知道用​​于全身麻醉的药物如何影响这些回路。但是Penn Medicine研究人员的一项新研究使神经科学距离解决这一重要难题更近了一步。

宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院的一组研究人员于11月13日在线发表在《当前生物学》上的一项研究中,确定了大脑下丘脑区域的神经元种群,这些神经元可使小鼠在正常情况下无法入睡。他们被激活了。激活这些神经元还会使它们从持续暴露于异氟烷或七氟醚等吸入麻醉剂中“唤醒”,甚至在给动物注射麻醉剂时甚至有助于保持警觉状态。

该研究还支持了一个由神经科学家长期争论的假设:大脑调节睡眠和清醒的部分也能够调节大脑对全身麻醉剂的反应。

宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院麻醉学杰出教授马克斯·凯尔兹博士说:“我们的发现进一步证明了调节清醒的神经回路对于退出全身麻醉也很重要。” 。

研究结果表明,未来的药物有可能积极加速麻醉状态的退出,并可能促进清醒,这可能在诸如发作性睡病等神经系统疾病中有用。对于具有从最低意识状态中恢复过来的能力的患者,采用强大的促醒系统的疗法可能会提供新颖的治疗策略,以哄动大脑回到意识清醒状态。

凯尔兹及其同事,包括该研究的第一作者,博士候选人萨拉·赖茨(Sarah Reitz),都专注于下丘脑的一个称为视前区(POA)的区域。先前的研究得出了矛盾的发现,即哪些POA神经元群体有助于睡眠,清醒和麻醉。但是,受到最近发现的启发,以前靶向的POA神经元实际上在分子水平上的分布比假设的要多得多,Penn Medicine小组检查了一个最近鉴定出的表达速激肽1基因的亚群,称为POA Tac1神经元。 。

科学家们对老鼠进行了基因工程改造,可以给POA Tac1神经元(仅那些神经元)注射一种称为CNO的无害化学物质,将它们“打开”几个小时。

“我们发现,与对照组相比,激活小鼠的POA Tac1神经元能显着提高这些小鼠的清醒度。” 通过使用脑电图或脑电图,研究人员观察到,在正常情况下,小鼠通常大部分时间都在睡觉,在这段时间内,对照组小鼠在注射惰性化学品后几分钟内就入睡了,在四个小时的录制会话中,约有40%处于睡眠状态。但是,注射CNO的POA Tac1激活的小鼠几乎在整个疗程中都保持清醒状态,仅经历了短暂的短暂睡眠。在小鼠活动时,与对照组相比,POA Tac1激活的小鼠的清醒间隔也更长。

在进一步的实验中,研究人员发现,这些相同的POA Tac1神经元可以促进针对全身麻醉剂的清醒性,这些麻醉剂用于在大手术中使患者保持昏迷状态。与正常情况相比,打开POA Tac1神经元会增加诱导无意识状态所需的麻醉剂量。此外,当这些神经元被激活时,小鼠从异氟烷和七氟醚诱导的麻醉状态中脱颖而出,而此前的剂量使它们失​​去知觉。

值得注意的是,抑制POA Tac1神经元而不是激活它们对自然睡眠或麻醉引起的意识丧失没有影响-建议这些神经元在许多情况下可能是“安静的”,或者尽管它们足以产生清醒,但这些POA Tac1神经元可能并非总是需要唤醒。研究人员继续研究POA下丘脑神经元,以弄清负责与睡眠和唤醒相关功能不同的亚群。

凯尔兹说:“现在,我们了解了这些POA Tac1神经元的潜在功能,我们开始研究它们在动物中的放电方式,因为它们会自然地循环进入睡眠和清醒状态,以及进入或退出全身麻醉状态。” “我们想知道这些或其他促进唤醒的神经元的定时恢复放电是否可能最终导致一千例罕见病例,其中麻醉患者在手术过程中不适当地恢复了意识。”

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