身体的其他部分不同，大脑中没有足够的空间来储存能量。相反，大脑依靠其内数百英里的血管通过血液提供新鲜能量。然而，直到现在，人们对大脑如何在活动增加时表达对更多能量的需求，然后将其血液供应导向特定的热点，还知之甚少。
现在，马里兰大学医学院和佛蒙特大学的研究人员已经展示了大脑在需要能量时如何与血管通信，以及这些血管如何通过放松或收缩以将血流引导至特定大脑区域来做出反应。
在他们于 7 月 21 日发表在《科学进展》杂志上的新论文中，研究人员表示，了解大脑如何以复杂的细节将能量引导至自身，有助于确定在阿尔茨海默病和痴呆等疾病中出了什么问题，在这些疾病中，有缺陷的血流是认知障碍。如果大脑在需要时没有将血液输送到需要的地方，神经元就会变得紧张，随着时间的推移，它们会恶化，最终导致认知能力下降和记忆力问题。
大动脉为称为小动脉的中型血管提供营养，然后再为更细小的毛细血管提供营养——小到一次只能通过一个血细胞。在 2017 年 Nature Neuroscience 的一篇论文中，研究人员表明，通过毛细血管的电脉冲可以引导血液从供应大脑大面积区域的中等大小的小动脉流出。在这篇最新论文中，该团队希望研究血液流经毛细血管时的微调，以精确调节大脑微小区域的能量供应。
“似乎有两种机制协同工作，以确保血液形式的能量进入大脑的特定区域：一种是广泛的，另一种是精确的，”Thomas Longden 博士说。，马里兰大学医学院生理学助理教授。“第一个电气机制就像一个粗略的大锤方法，通过控制中等大小的小动脉，将更多的血液输送到增加的大脑活动附近，然后毛细血管钙信号确保精细的微调，以确保血液准确地到达通过微小的毛细血管在正确的时间正确的位置。”
Longden 博士和他的合作者使用了一种蛋白质，当细胞中钙含量增加时，该蛋白质会发出绿光。由于康奈尔大学 Michael Kotlikoff 团队的努力，他们能够在小鼠血管内壁的细胞中开启这种工具。然后，研究人员通过这些小鼠大脑中的小窗口观察钙在控制大脑毛细血管血流中的作用。当血管内的细胞收到钙的流入时，它们会发出绿色的光。他们在透过窗户可见的大脑微小部分的毛细血管中每秒检测到 5,000 个钙信号，他们说在整个大脑的血管系统中每秒大约有 1,000,000 个这样的反应。
“在我们部署这项新技术之前，大脑中存在着完全看不见的钙信号世界，现在我们可以看到大脑血管内的大量活动——它们不断地放电，”朗登博士说。
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