揭示大脑和身体之间的通信

人类的大脑是一个繁忙的organ-detecting来自身体的信号,因为它经历了改变一整天。当肺部吸入刺激物,身体知道咳嗽。或者当胃吸入毒素,它诱发呕吐。大脑在这两方面都发挥作用。

大脑的能力吸引科学家精确区分不同的信号,但生物学机制尚不清楚。现在,在一项新的研究,旨在了解身体的编码在不同的信号迷走神经——脑神经,发送信息,从大脑内部器官function-Yale研究者发现信号有三个关键特性独立编码的迷走神经的感觉神经元。他们是:器官信号来自哪个组织层内器官信号来自和刺激是什么。这个编码可以高精度通过大脑。研究人员,包括文章的第二作者鲁伊Chang博士,神经科学和细胞和分子生理学助理教授,和张博士,神经病学助理教授,发表了他们的研究自然3月16日。

跟踪复杂的大脑和身体之间的联系

身体感觉变化的能力本身叫做interoception,这一过程对生存至关重要。这body-to-brain连接通过迷走神经和神经的信号接收到由专门的迷走神经感觉神经元独立编码。

“这是第一次我们知道不同的身体信号是通过迷走神经interoception系统代表大脑在一个非常精确和准确的方式,”Chang说。“我们知道,大脑可以非常精确区分信号,但生物原因的歧视是什么?”

首先,研究人员想了解器官在迷走神经信息编码。学习更多关于迷走神经的感觉神经元能够辨别信号之间的器官,团队基因工程病毒具有独特的条形码由不同的外源DNA序列并将其注射到老鼠的主要内脏器官(内部)。因此,迷走神经的感觉神经元,项目各器官和器官的不同的条码标签。然后使用单个细胞核糖核酸测序技术来了解更多关于这些神经元的遗传特性,项目前的七个器官。

通过这部小说技术,研究小组发现了一种“基因轨迹”的神经元一边将上半身的器官如肺和食管,而另一方面投射神经元在腹部器官。

“通过观察迷走神经的基因签名,我们能够知道哪些器官沿着身体的每个神经元投射rostro-caudal轴,“Chang说。“总之,我们的第一个发现是有遗传编码内脏器官迷走神经的信息。”

研究人员发现一个惊喜

此外,我们每个人的器官是由单个组件的不同的功能。胃,例如,包括组织层包括表面结缔组织层,肌肉层,最里面的粘膜层。研究人员还发现不同的基因编码指导迷走神经感觉神经元不同的组织层。这个编码是完全独立的基因编码的器官。

“我们的第二个发现真的是令人惊讶的。没有一个先前的研究甚至认为,“Chang说。“通过了解这两个代码,你知道精确,某个特定的神经元在迷走神经项目。”

即使在相同的位置在人体内,可以发生多种变化,如机械变化,释放激素,或炎症。为了更好地理解身体如何检测这些变化,研究人员开发了一个名为迷走神经钙成像的新技术改变了荧光原位杂交,或vCatFISH。首先,他们利用体内钙成像可视化神经元活动的老鼠生活在应对各种各样的刺激。老鼠发生了身体变化如胃拉伸或营养开始通过小肠迷走神经的研究人员研究了钙响应神经节神经元被激活。

使用这种方法,研究人员发现隔离种群的神经元具有相似的遗传特性,每一个检测的一种特殊的刺激不管在哪里发生。

“我们了解到一些神经元在迷走神经对肺,别人回应的胃,和其他人可以应对肠道营养灌注,”Chang说。”神经元设计的检测,例如,没关系,拉伸发生——可能从肺、胃和小肠。换句话说,“拉伸”代码相同的神经元响应延伸不管器官或组织层是一个独立,第三维。”

治疗疾病的新方法

通过了解迷走神经传达不同的信号到大脑,研究人员希望能够设计工具针对单个信号通路。

“如果我们了解心脏迷走神经可以控制,例如,这可能导致发现新的方法来治疗高血压,”张先生说。

此外,迷走神经刺激是一个有效的治疗癫痫症和抑郁症,但研究人员尚不清楚为什么。通过了解哪些神经元参与特定功能,团队希望更有效和准确的治疗。

“短期而言,我们希望增加现有的迷走神经的功效神经刺激的方法,”Chang说。“但我们的长期目标是利用我们的研究设计很多不同的疾病治疗。”