当你做白日梦，或沉思某件麻烦事，或思考过去，或计划未来时，你大脑中最活跃的部分是默认模式网络，即 DMN，其中包括部分前额叶皮层。长期以来，科学家们一直假设 DMN 动力学的变化在某些行为中起主要作用，例如与注意力缺陷多动障碍相关的行为;和疾病，例如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症;以及抑郁症和自闭症等疾病。
但科学家们还没有完全理解控制 DMN 动力学的精确机制。现在，由神经病学副教授 Ian Shih 博士领导的 UNC 医学院研究人员通过实验记录了神经元和大脑化学物质在大脑区域之间的相互作用，从而导致了 DMN 动力学的改变。
发表在《科学进展》杂志上的这项针对小鼠的研究提供了证据，证明 DMN 动力学是如何通过激活蓝斑 (LC)(脑干中释放去甲肾上腺素的小脑核)来改变的。它还提出了恢复 DMN 功能的新治疗目标。
UNC 生物医学研究想象中心 (BRIC) 的资深作者兼动物 MRI 中心 (CAMRI) 主任 Shih 说：“许多大脑成像仪对识别控制大规模大脑网络的电路机制有着浓厚的兴趣。” “但一个特定的神经递质系统如何改变全脑动态仍然不完全清楚。我们的工作有助于解释去甲肾上腺素如何影响大脑活动和连通性，从而导致 DMN 的变化。”
Shih 和第一作者 Esteban Oyarzabal 博士在进行这项研究时是 UNC-Chapel Hill 的一名研究生，他们领导了一种在 LC 中表达合成受体的转基因小鼠模型中的功能磁共振成像 (fMRI) 研究。然后他们检查了 LC 对 DMN 的影响。
创建一个模型来表达这些合成受体使研究人员能够通过使用可以选择性激活这些受体的化合物来操纵脑细胞活动。这种由 UNC 药理学研究员 Byran Roth 医学博士开创的“化学遗传学”技术非常适合 Shih 的团队在 fMRI 期间操纵 LC。他们发现激活 LC 会导致该区域的血管收缩，同时增加 DMN 额叶皮质区域的低频 fMRI 活动变化。
然后，科学家们创建了一个光学测量平台，以同时测量去甲肾上腺素释放量、神经元钙活动和脑血容量变化。他们证明来自 LC 的去甲肾上腺素可以增加额叶皮层神经元的尖峰活动，同时减少血容量。
“这对 fMRI 数据的解释具有重要意义，”Shih 说，“因为已广泛证明大脑中的神经元和血管活动是相关的。现在，我们表明这种耦合受到去甲肾上腺素存在的影响。”他们还证明了 LC-NE 神经元的化学遗传学激活增强了 DMN 额叶皮层区域内神经元的交流。他们发现大脑的压后皮质和海马区可以调节这种功能连接。
“我们相信，当阿尔茨海默病和帕金森病中的 LC 神经元退化时，这两个区域可能成为控制额叶皮质区域和恢复 DMN 功能的新靶点，”Shih 说。
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