當你口渴的時候，喝多少水才能滿足身體需要？直到喝飽為止？大腦如何啟動或停止喝水行為？加州理工大學的科學家們在小鼠腦神經迴路中找到了答案。
這篇文章發表在2月28日網絡版《Nature》，由生物學助理教授Yuki Oka領導完成。
小鼠大腦中有三個區域關聯口渴：穹窿下器（subfornical organ，SFO），終板血管區（organum vasculosum laminae terminalis，OVLT）和視前正中核（median preoptic nucleus，MnPO）。這三個區域在前腦構成一個被稱為終板（lamina terminalis，LT）的片狀結構。
大部分腦區都受血腦屏障保護，這是一層把血液和大腦分開的緊密細胞。但是小鼠的SFO和OVLT卻直接連接血液，這兩個區域的鈉含量跟隨血液中的鈉水平（鹹度）變化，所以說LT是大腦調節口渴的主要結構。
Oka等人的之前工作表明，SFO、OVLT和MnPO三個區域都富含刺激後驅動喝水行為的興奮性神經元（excitatory neurons）。在這項新研究中，該團隊的目的是鑑定LP興奮性神經元類型，繪製它們驅動喝水行為的神經迴路。
研究人員在MnPO內發現了一個特殊區域是口渴調節中心。它僅接收來自SFO的興奮輸入。當MnPO興奮性神經元被遺傳沉默後，再刺激SFO或OVLT都不會引起喝水行為。這是LT的一個口渴迴路等級分層組織：MnPO從SFO和OVLT獲得集成口渴信號，再將它們傳送給下遊飲水活動相關腦區。
研究小組還發現了另一個與喝水滿足相關的神經迴路。「當你脫水時，在你吞咽水的前幾秒，你會感到滿足。此時，你的血液含水量還未恢復，通常身體獲得真正滿足需要10-15分鐘。在停止飲水前，SFO和OVLT並不能如實地檢測到血液是否恢復正常，大腦怎麼知道喝多少水才能停止呢？」Oka說。
由於「時差」的存在，研究人員認為必須存在某種快速信號來抑制飲水行為。該團隊發現，MnPO內某些所謂的抑制神經元能立即對飲水活動做出反應，並能直接抑制SFO的口渴神經元。這些抑制性神經元由攝入的液體（而非固體）激活，研究人員認為抑制迴路可能通過口腔吞咽運動監視液體攝入情況，從而達到精確抑制口渴神經元的效果。
「當你真正口渴時，喉嚨吞咽液體的特殊方式不同於吞咽固體，」文章一作研究生Vineet Augustine說。「我們認為快速吞水的這個動作讓抑制性細胞群有了反應。」
小組預測，當MnPO的抑制性神經元編碼喝水-感應口渴抑制時，大腦會產生額外的滿足信號。
「我們發現的抑制信號只出現在飲水過程中，」Oka說。「但是滿足感的持續時間更長，表明MnPO抑制神經元不是口渴滿足的唯一信號源，解開這些問題可能是我們今後研究的主題。」
小鼠大腦與人類大腦相似，研究人員表示人類大腦也可能存在類似的喝水行為控制和抑制迴路。
原文標題
Hierarchical neural architecture underlying thirst regulation