新神經迴路能夠在齧齒動物中誘導冬眠類似狀態

2021-01-08 科學網

新神經迴路能夠在齧齒動物中誘導冬眠類似狀態

作者:

小柯機器人

發布時間:2020/6/12 23:24:53

近日,日本筑波大學Takeshi Sakurai、理化學研究所Genshiro A. Sunagawa等研究人員合作,發現一個能夠在齧齒動物中誘導類似冬眠狀態的神經迴路。2020年6月11日,國際知名學術期刊《自然》在線發表了這一成果。

研究人員發現,齧齒動物中的下丘腦神經元迴路誘導了類似於冬眠的長期低溫和低代謝狀態。在這種狀態下,儘管身體溫度和耗氧量保持在非常低的水平,但是與冬眠一樣,調節新陳代謝的能力仍然保持功能。從這種狀態恢復後,沒有明顯的組織器官損傷或行為異常被觀察到。

 

這些發現使開發誘導類似冬眠狀態的方法成為可能,這在包括人類在內的非冬眠哺乳動物中具有潛在的應用前景。

 

據了解,當面臨食物短缺時,冬眠的哺乳動物會主動降低體溫以減少能量消耗。由於其潛在的醫學益處,它引起代謝不足狀態的能力引起了人們極大的興趣。

 

附:英文原文

Title: A discrete neuronal circuit induces a hibernation-like state in rodents

Author: Tohru M. Takahashi, Genshiro A. Sunagawa, Shingo Soya, Manabu Abe, Katsuyasu Sakurai, Kiyomi Ishikawa, Masashi Yanagisawa, Hiroshi Hama, Emi Hasegawa, Atsushi Miyawaki, Kenji Sakimura, Masayo Takahashi, Takeshi Sakurai

Issue&Volume: 2020-06-11

Abstract: Hibernating mammals actively lower their body temperature to reduce energy expenditure when facing food scarcity1. This ability to induce a hypometabolic state has evoked great interest owing to its potential medical benefits2,3. Here we show that a hypothalamic neuronal circuit in rodents induces a long-lasting hypothermic and hypometabolic state similar to hibernation. In this state, although body temperature and levels of oxygen consumption are kept very low, the ability to regulate metabolism still remains functional, as in hibernation4. There was no obvious damage to tissues and organs or abnormalities in behaviour after recovery from this state. Our findings could enable the development of a method to induce a hibernation-like state, which would have potential applications in non-hibernating mammalian species including humans.

DOI: 10.1038/s41586-020-2163-6

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2163-6

相關焦點

  • 人工冬眠離我們還有多遠?日本科學家小鼠實驗帶來希望曙光
    研究人員將這一腦區中的神經群稱為休眠誘導神經(簡稱Q神經),而通過刺激該休眠誘導神經所獲得的低代謝狀態,被稱為Q神經誘導休眠(以下簡稱「休眠」)。所謂的特殊刺激也非常簡單,就是向小鼠靜脈中注射一種名為CNO的藥物。
  • 人類也能冬眠嗎?在健康狀態下我們能冬眠多久?
    美國阿拉斯加大學北極生物研究所的教授凱利·德魯(Kelly Drew)表示,人類冬眠其實很有可行性。德魯研究的是北極地松鼠,一年中有八個月它們會躲在地洞裡,冬眠的本質是體溫調節。降低身體核心溫度會導致低代謝的「遲鈍」狀態,動物在這種狀態下幾乎不需要食物。作為「溫血動物」,我們消耗的大部分熱量都用於維持體溫,即維持基本代謝率。
  • 老鼠腦中的酣睡開關可以令它們陷入冬眠般的沉睡
    對於一些動物來說,體溫降低是一種常見的自然狀態,例如冬眠。因此,引導動物進入低功耗模式顯然是更優的解決方案。當熊、蝙蝠或者其他動物冬眠時,它們會多次經歷長達幾天的低代謝狀態——蟄眠(torpor),偶爾會被高喚醒期打斷。小鼠會在食物短缺的時候進入日眠(daily torpor),每次維持數小時左右以節省自身能量。
  • 阿爾茨海默病的神經振蕩和腦刺激
    最近的齧齒動物研究也支持人類在靜息狀態大腦振蕩中年齡和AD相關變化的證據,以及通過gamma頻帶刺激的大腦刺激技術的神經保護作用。雖然穹窿的選擇性損傷已被證明會導致順行性遺忘,即形成語義和情節記憶,但對顳葉迴路內其他結構的損傷也會導致類似的缺陷,表明迴路完整性的重要性。
  • Nature重磅:揭秘動物持久防禦狀態的神經機制
    大腦皮層、海馬和運動網絡中的持續神經活動被描述為調節短暫遇到的刺激的工作記憶。內部情緒狀態,如恐懼,在受到刺激後也會持續存在,但尚不清楚這一過程是否涉及緩慢的神經動力學。在小鼠中,下丘腦腹內側核和中央亞區(VMHdm/c)的神經元表達核受體蛋白NR5A1(也被稱為SF1)是對捕食者做出防禦反應所必需的。
  • 【醉翁之藝】疼痛和應激狀態下的神經免疫相互作用:一類跨學科研究
    未來的研究如果能夠充分闡明炎症,抑鬱和慢性疼痛之間的重疊機制,將更有利於各種針對合併抑鬱的疼痛狀態的免疫療法的興起。因此,來自美國俄亥俄州立大學生命科學部的Caroline M.應激反應會使大腦特定區域神經迴路激活,該神經迴路的激活可刺激交感神經系統(SNS)和下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)活動,從而促進中樞神經系統與免疫系統有效溝通。例如,反覆遭受社會挫敗應激暴露會促進SNS依賴的單核細胞從骨髓(BM)到大腦的運輸,從而導致BM衍生的單核細胞,內皮細胞和常駐小膠質細胞之間的動態相互作用,引發一系列神經免疫反應,最終逐漸影響情緒和行為。
  • 新研究:恐懼會改變動物腦神經迴路並影響行為習慣
    新華社北京8月10日電 加拿大一項新研究顯示,捕獵者帶來的恐懼會在野生動物腦神經迴路中留下可量化的持久印記,並改變動物行為習慣。精神心理學所謂的創傷後應激障礙就是這種影響的典型表現。7天後,研究人員播放黑頭山雀遇到捕食者發出的警示錄音,並通過測量個體黑頭山雀大腦中杏仁體和海綿體的基因轉錄因子水平,發現受過驚嚇的黑頭山雀神經迴路中存在持續的影響。  研究人員說,上述實驗表明,捕食者引發的恐懼不僅停留在動物看到捕食者並做出「反抗還是逃命」決策的那一瞬間,並且這種恐懼在事件結束7天後依然可以被量化和觀測到。
  • 日本新研究發現可使實驗鼠進入類冬眠狀態的方法
    新華社東京6月12日電(記者華義)日本筑波大學11日宣布,該校與日本理化學研究所的研究人員發現了可以誘導實驗鼠進入類似冬眠狀態的方法,這意味著人類也有可能實現冬眠。冬眠是部分動物的低代謝狀態。動物冬眠時體溫降低,氧氣消耗量也大幅減少。
  • 重磅級研究成果解讀脊髓損傷修復領域新進展!
    這項研究我們面臨的困難之一就是如何在實驗室中有效地培養細胞,我們的身體處於一種3D狀態,並非2D狀態,因此在實驗室最終促進這類細胞生長的最好方法就是利用3D手段,於是研究人員開發了一種新方法,其能在短時間內培育出健康的3D培養基。
  • 科幻電影中的人體冬眠技術,距離我們還有一步之遙!
    冬眠是動物對極端外界條件的適應,比如缺乏食物和寒冷的冬季,動物在消耗極低的狀態中度過漫長的冬季,直達溫暖的春天!在這種條件下,身體的各項機能都降到臨界狀態,比如心跳一分鐘幾次甚至更低,呼吸甚至數分鐘才一次,新陳代謝降到了僅僅能維持生命的狀態!對於動物來說,這是應對極端條件的一種生存狀態!
  • 「收藏」三千字總結常用的自閉症研究嚙齒類動物模型
    自閉症譜系障礙是一種高度異質性神經發育障礙性疾病,近年來其患病率不斷升高,但該病的病因及發病機制尚不清楚,從動物模型出發探索其病因和發病機制是必然趨勢。在此brainnews編輯部總結了國內外常用的自閉症齧齒動物模型。
  • 【Science】MIT研究長期記憶神經迴路,海馬體和新皮層記憶同時產生
    一項最新的針對基於這一過程的神經迴路的MIT 研究首次揭示出,記憶是在海馬體和大腦皮層中的長期儲存區同時形成的。然而,在到達成熟狀態之前,這一長期記憶會保持長達兩周的「沉默」。「論文中的這一成果及其他研究結果為記憶的鞏固提供了一個全面的神經迴路機制。」本研究的高級作者 Susumu Tonegawa 表示。
  • 研究揭示聯繫雌性果蠅交配和產卵的神經迴路
    研究揭示聯繫雌性果蠅交配和產卵的神經迴路 作者:小柯機器人 發布時間:2020/2/27 15:54:38 近日,美國霍華德-休斯醫學研究所Barry J.
  • 【前沿進展】神經幹細胞及其微環境的衰老與再生
    SVZ神經幹細胞產生的神經祖細胞可以沿著喙側遷移流遷移,在齧齒動物的嗅球或在人的紋狀體中產生新的神經元。SVZ神經發生對於齧齒動物的各種嗅覺功能很重要,例如氣味識別和嗅覺學習記憶。有趣的是,小鼠的SVZ神經幹細胞能夠被損傷(如中風)激活,以產生新的神經元和星形膠質細胞,從而有助於修復腦損傷。
  • 【左岸】俄羅斯頂尖教授都不知道的嚙齒類動物,它到底來自哪?
    此次考察活動的區域位於阿穆爾州諾爾自然保護區內,生物系師生考察的重點分別包括鳥類、爬行類動物等。不過這次引起師生們關注的是嚙齒類動物,而所說的嚙齒類動物一般以鼠類為主。在考察結束後,大學生們大多返校,而該校的生物系教師還留在保護區內繼續進行研究工作。
  • 神經元「隱藏」的運算能力被發現,或讓 AI 神經網絡再進化
    也就是說,不僅單個神經元,甚至神經元的樹突上的部分都可以進行「異或」運算,神經元本身不再只是一個純粹的連接器,它們同樣能夠執行複雜運算,甚至就是一個多層網絡。(來源:Science)文章的第一作者、柏林洪堡大學博士後研究員 Albert Gidon 說:「我相信我們還只是觸及神經元真正面目的表象」。
  • 新技術腦計劃680個神經纖維79個樹突774個突觸
    當它們被放大在幾塊大型投影屏幕上時,其中一部分類似圓柱體的組織以史無前例的精細度被呈現出來:680個神經纖維,79個樹突,774個突觸。化學信號通過這些連結從一個神經元傳到另一個神經元。被展示的腦皮層只佔小鼠大腦的十億分之一,如此精確的細節在幾年前還是不可想像的。但是近年來,高通量的進步和自動化電子顯微鏡的發展使Lichtman的團隊正在「開啟一個新時代」。
  • 關於動物冬眠 你所不知道的13個有趣事實
    或許有不少人會希望自己能夠像能夠冬眠的動物那樣,只需待在洞中睡覺,而無需出去上班或尋找食物。現實是,我們對於冬眠和冬眠動物的了解並不多。這一次,擼哥就將帶來:關於動物冬眠,你所不知道的13個有趣事實。首先,動物在冬眠期間會改變其新陳代謝並將其代謝降低到最大程度以節省能量,還改變了體溫並降低了心律和呼吸。此外,很難將動物從該狀態中移出,這與夢境大不相同。在夢中,無論深度如何,我們仍然具有一些潛意識的功能。
  • Science:較遠處的大腦區域選擇性招募神經幹細胞
    新的神經元(白色)進入嗅球,即大腦中加工氣味信號的區域。圖片來自University of Basel, Biozentrum。2017年6月17日/生物谷BIOON/---神經幹細胞持續存在於成年哺乳動物大腦中,並且在一生當中產生新的神經元。
  • 人類也可以「冬眠」嗎?是的
    生活在馬達加斯加的胖尾狐尾猴每年會在旱季休眠八個月,並且依靠存儲在尾巴中的脂肪生存下來。同屬靈長類動物的胖尾狐尾猴其實有 98% 的基因是和我們一樣的,科學家並不認為決定冬眠的基因存在於另外的 2% 當中。