腦干中一個稱為藍斑（Locus coeruleus，LC）的小核是主要神經調節(jié)劑去甲腎上腺素（NE）的主要來源，NE 是動物“戰(zhàn)斗或逃跑”反應的重要介質。然而，對這一雖小但至關重要的神經元群的局部聯(lián)系知之甚少。德克薩斯兒童醫(yī)院（Texas Children's Hospital）Jan and Dan Duncan 神經學研究所（Duncan NRI）研究員、貝勒醫(yī)學院（Baylor College of Medicine）助理教授江小龍博士的實驗室最近在《eLife》發(fā)表了一項開創(chuàng)性研究，揭示了成年小鼠藍斑的細胞組成和回路組織。

“在這項研究中，我們承擔了繪制藍斑內產生 NE 的神經元的局部連接的艱巨任務，”江博士說，“這是首次對藍斑進行如此規(guī)模和細節(jié)空前的研究，事實上，對任何單胺類神經遞質系統(tǒng)都是如此。我們的研究顯示，藍斑內的神經元具有出乎意料的豐富細胞異質性和局部接線邏輯。”

已知藍斑（LC）容納了大腦中絕大多數(shù)釋放去甲腎上腺素的神經元，并調節(jié)許多基本腦功能，包括戰(zhàn)斗和逃跑反應、睡眠/覺醒周期以及注意力控制。LC 神經元存在于腦干的腦橋區(qū)域，感知外部環(huán)境中任何存在的危險或威脅，并發(fā)送信號提醒其他腦區(qū)即將發(fā)生的危險。

LC 神經元的主要作用是釋放去甲腎上腺素（一種神經遞質和激素），增加警覺性和促進覺醒，調節(jié)睡眠/覺醒周期和記憶。去甲腎上腺素水平改變與抑郁癥、焦慮癥、創(chuàng)傷后應激障礙、恐慌發(fā)作、多動癥、心臟病和藥物濫用有關。因此，更好地了解 LC 神經元的功能是理解和確定許多神經精神和神經退行性疾病的治療方法的關鍵。

LC 神經元曾被視為對整個大腦產生全局、一致影響的同質神經元群，但最近的研究表明，LC 神經元是去甲腎上腺素能細胞的異質性群體，表現(xiàn)出空間和時間模塊化。這些發(fā)現(xiàn)激發(fā)了江博士及其團隊對 LC 神經元功能多樣性的細胞和回路機制的研究興趣。

為此，該團隊必須克服一些技術障礙，以便能夠同時測量成年小鼠腦切片中幾個 LC 神經元的活性。例如，盡管在過去幾十年中，同時記錄兩個以上神經元的細胞內信號的技術已被用于研究皮質回路，但由于空間限制和每個腦片中細胞數(shù)量有限，使用該技術記錄腦干中的小核（如LC）一直具有挑戰(zhàn)性。在這項研究中，通過優(yōu)化切片質量并使其記錄系統(tǒng)適應小的腦干切片，江實驗室的研究生、論文的第一作者 Andrew McKinney 首次成功地同時記錄了多達 8 個 LC 神經元。

這一技術發(fā)展使 Andrew 和團隊中的其他人對 LC 神經元是如何組織以及它們是如何運作的做出了一些意想不到的觀察。

首先，與該領域新出現(xiàn)的觀點一致，他們發(fā)現(xiàn) LC 中產生去甲腎上腺素的神經元是多樣的。此外，他們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)其形態(tài)和電特性，可將其分為至少兩種主要細胞類型，這些亞型在 LC 中占據(jù)不同的空間位置（解剖龕位）。該發(fā)現(xiàn)為進一步深入研究成年動物 LC 提供了堅實而急需的基礎。

其次，他們發(fā)現(xiàn) LC 神經元不形成化學突觸，這是神經元之間最常見的連接類型。相反，它們形成電突觸，并通過縫隙連接相互連接。這是一個意想不到的發(fā)現(xiàn)，因為傳統(tǒng)觀點認為，通過縫隙連接的電耦合主要存在于發(fā)育中的 LC 中，而不是成年動物的 LC 中。

第三，他們發(fā)現(xiàn)相同亞型的 LC 神經元彼此電連接，但不與另一種神經元連接，為 LC 的功能模塊化提供了第一個細胞和回路線索，并開辟了理解功能模塊化如何在去甲腎上腺素能系統(tǒng)內產生并動態(tài)控制不同過程的通路。這些發(fā)現(xiàn)表明，考慮到每種細胞類型在 LC 中具有優(yōu)先解剖位置和不同的投射靶，每種細胞內電耦合的同型網(wǎng)絡可以協(xié)調或協(xié)同它們作為一個整體的輸入或輸出，以參與回路的不同功能，因為它們將信息從大腦運送到各種靶，例如肌肉或腺體。

最后，與中樞神經系統(tǒng)神經元之間典型的化學突觸的網(wǎng)狀連接不同，單個亞型的 LC 神經元被發(fā)現(xiàn)彼此形成獨特的線性鏈狀電連接。這為電耦合神經元網(wǎng)絡在大腦中是如何組織的提供了第一個實驗線索。

“這項研究揭示了一些尚未探索的問題，特別是關于藍斑的細胞和回路組織，也為大腦生理學的其他更廣泛方面提供了一些新的見解，”江博士說，“我們預計，這些新發(fā)現(xiàn)將引起細胞、系統(tǒng)和計算神經科學家的廣泛興趣，并將激發(fā)未來的幾項研究，以了解 LC 中的每個神經元如何相互作用，從而形成一個同步的網(wǎng)絡。此外，鑒于 LC 的失調與許多神經精神和神經退行性疾?。òㄗ蚤]癥和阿爾茨海默?。┯嘘P，這些發(fā)現(xiàn)為解讀這些疾病的細胞和回路機制提供了重要的知識庫。”