《Science》子刊:季節晝夜變化如何影響大腦? UCSD首揭「神經傳導物質」變化

日期2022-09-08
《Science》子刊:季節晝夜變化如何影響大腦? UCSD首揭「神經傳導物質」變化 (圖片來源:網路)

近(2)日,加州大學聖地牙哥分校(UCSD)的科學團隊,在小鼠中發現了一項「因晝夜長短變化造成神經傳導物質分泌改變」,進而影響行為的機制。該發現可謂首次突破在季節性光週期變化相關研究中,一直無法了解的分子訊號機制,研究論文發表於期刊《Science Advance》。

科學家過去雖已知道,因季節改變而造成的晝夜長短變化,會影響動物大腦與荷爾蒙變化,進而影響心理健康,例如因冬季白日時間減少而造成憂鬱的「季節性情緒失調」(SAD)等,然而在細胞、分子層次上,日照如何影響情緒仍是未知的。

本次,由UCSD副教授Davide Dulcis領導的團隊,經由量測神經電訊號、以腺相關病毒(AAV)轉殖基因等多項實驗,證明晝夜長短變化的確會改變小鼠大腦神經傳導物質的釋放,證實腦部如何因日照而產生分子上的適應行為,進而觸發行為變化。

該團隊針對下視丘中的「視交叉上核」(SCN)進行研究,該處大約由兩萬個神經元組成,會接收來自視網膜輸入的光線訊息,是影響動物睡眠與覺醒、調節晝夜行為的部位。

此外,調節壓力、新陳代謝、生長、繁殖和免疫功能的重要腦區「下視丘室旁核」(PVN),也已知會因應光週期變化,改變其內釋放神經傳導物質的神經元數量。

Dulcis的團隊針對SCN-PVN間的連結進行研究,發現負責釋放「神經介肽S」(neuromedin S)和「血管活性腸肽」(VIP)兩項傳導物質的神經元,在不同光週期下具有可塑性。

經實驗顯示,在類似冬季晝短夜長的光週期下,釋放神經介肽S的神經元會改變PVN的活動;而若以人為方式操縱神經介肽S神經元,也足以誘導PVN中重要神經傳導物質——多巴胺的表現,進而影響動物活動。

簡而言之,該團隊證實神經介肽S神經元,會透過操控多突觸神經傳導物質(multisynaptic neurotransmitter)釋放,來調節下視丘應對光週期的功能,並藉此影響行為,可說為大腦適應季節性晝夜變化的機制,提供了一項新的解釋。

參考資料:

1. 論文原文:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn9867

2. https://www.news-medical.net/news/20220902/Study-sheds-light-on-how-seasonal-changes-in-day-length-alter-the-brain-and-subsequent-behavior.aspx

(編譯/巫芝岳)