跳至内容

同一中隔输入,怎样让麻醉中的脑活动走向不同方向?

The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · 2026-04-15

Table of contents

No titles in the blog post

The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · 研究前沿

同一中隔输入,怎样让麻醉中的脑活动走向不同方向?

七氟烷小鼠研究发现,VTA 下游细胞的身份与麻醉深度,共同影响皮层激活和抑制。

原论文 Figure 9 中促醒与抑制方向示意

大脑受到麻醉药抑制时,增强一群兴奋性细胞是否就会促醒?答案还取决于它们连接谁,以及大脑当时处于多深的状态。2026 年《Journal of Neuroscience》的一项研究从内侧中隔(MS)的谷氨酸能细胞,追踪到腹侧被盖区(VTA)的三类下游细胞。在七氟烷下,同一上游联系可以接到不同方向的作用:有的细胞促进皮层激活,有的在较深状态反而增强抑制。

关键发现

MS 相关 VTA 谷氨酸细胞在两种麻醉状态下促皮层激活,多巴胺细胞主要在较浅状态有效,GABA 细胞主要在爆发抑制状态增强抑制。

阅读目录 · 6个部分

失去翻正之后,脑电还可以继续改变

较浅稳态中,小鼠刚能维持翻正反射消失;更深条件则出现稳定脑电爆发抑制,活动片段与低活动间期交替。MS VGLUT2 群体钙活动随七氟烷浓度与诱导降低,在苏醒期间回升,将这群细胞与麻醉状态变化联系起来。

研究同时观察翻正、其他动作、肌电与皮层频谱。这些信号从不同角度描绘状态:动物可以出现动作,皮层也可以变得更活跃,而翻正未必同时恢复。这样的观察窗口,使后续细胞调节的结果可以在行为与脑电两个层面展开。

原论文图 1麻醉期间的 MS 活动
麻醉期间的 MS 活动
原论文 Figure 1。展示不同浓度、诱导与苏醒过程的群体钙活动及 EEG/EMG,连接细胞活动与状态转变。
来源:Wu JY et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

增强 MS 活动,麻醉转变朝促醒方向移动

增强 MS 群体活动,提高翻正消失所需浓度,延迟诱导并缩短恢复时间;抑制产生相反方向。在维持麻醉时,光刺激也改变皮层频谱与肌电,较浅状态部分动物恢复翻正,较深状态脑电从爆发抑制转向活化形态。

不同指标呈现不同幅度,例如较浅状态的爆发抑制比例下降并不显著。整体 MS 活动的变化,影响了麻醉敏感度与转变过程。接下来,研究沿着输出进入 VTA,观察其中一段连接能够重现多少效果。

原论文图 2MS 调节与麻醉转变
MS 调节与麻醉转变
原论文 Figure 2。比较增强与抑制后的浓度—翻正关系及诱导、恢复时间,展示区域活动的方向性作用。
来源:Wu JY et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

VTA 连接改变皮层,翻正恢复更有限

增强 MS→VTA 末梢活动,在两种状态中促进皮层激活;抑制则加深皮层抑制。相比整体 MS 的行为效果,投射激活后的翻正变化证据较弱,苏醒期间末梢钙回升也不明显。皮层与完整行为恢复的差别,在特定输出上更加清晰。

这段投射的调节作用将 VTA 放进中隔影响麻醉的路径中,MS 还连接其他区域。一个上游群体的整体效应,可以由多个输出贡献;而一个靶区内部,也可能由不同细胞朝相反方向作用。研究因此继续分解 VTA 的接收细胞。

原论文图 4MS→VTA 末梢作用
MS→VTA 末梢作用
原论文 Figure 4。比较两种麻醉深度下末梢激活与抑制后的 EEG/EMG 和频谱,展示相反方向的皮层变化。
来源:Wu JY et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

同一输入,连接谷氨酸、多巴胺与 GABA 细胞

单突触追踪显示,MS VGLUT2 相关输入到达 VTA 谷氨酸、多巴胺与 GABA 三类细胞。麻醉压低它们的总体钙活动,但两种深度之间的相对变化不同,GABA 群体在更深状态相对较高。共享上游输入,并未让各类细胞呈现同一种状态响应。

按照输入关系与细胞身份分别观察,研究得以将区域总体效应拆开。同样来自中隔的联系,进入不同细胞后,可能在皮层活动与行为中呈现不同方向。接下来的功能结果正好展示了这种内部差异。

原论文图 5三类 VTA 细胞的输入
三类 VTA 细胞的输入
原论文 Figure 5。分别从谷氨酸、多巴胺与 GABA 类 VTA 起始细胞追踪 MS 输入,展示共享上游来源。
来源:Wu JY et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

浅与深,呈现不同方向的分工

增强接收 MS 输入的 VTA 谷氨酸细胞,在浅、深状态均促皮层活化,浅状态七只动物中四只恢复翻正。多巴胺细胞主要在浅状态促活化,只有少数动物翻正,深状态 EEG 与肌电没有显著变化。GABA 细胞在浅状态作用有限,深状态则增强爆发抑制。

多巴胺群体在浅状态的结果尤其显示读出的分离:脑电出现活化,行为翻正却仅在少数动物中恢复。相比之下,谷氨酸群体中翻正更常见。相同方向的皮层变化,因而可以伴随不同程度的行为表现;由动作、肌电和翻正共同观察状态,比单看频谱更能呈现这种差异。

于是,同一输入相关的三类细胞,在不同深度形成不同组合。谷氨酸细胞的促活化较广,多巴胺作用更依赖浅状态,GABA 的抑制作用在深状态突出。深状态刺激时长也较短,这一条件差异仍影响对多巴胺结果的理解。

原论文图 7接收输入的多巴胺细胞与麻醉深度
接收输入的多巴胺细胞与麻醉深度
原论文 Figure 7。比较浅状态皮层活化与深状态相近的 EEG/EMG,多巴胺群体的翻正恢复较有限;谷氨酸与 GABA 群体见 Figure 6、8。
来源:Wu JY et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

知道输入来自哪里,还要知道它接到谁

这项研究使兴奋性上游输入的作用呈现出更具体的网络含义。同一来源连接促活化与抑制群体,当前麻醉状态又改变各自影响。观察一个脑区是否被激活之外,接收细胞的组成与当时的网络状态,都是理解最终结果的关键。

实验包含雌雄小鼠,主要围绕七氟烷维持麻醉展开。脑电先活跃起来,动物却未必立即恢复翻正;谷氨酸、多巴胺与GABA细胞又各有不同的作用时机。这些差别让麻醉中的脑活动不再像一个统一的音量旋钮,而是多组细胞在不同状态下共同调节的结果。

原论文图 9作者提出的状态依赖模型
作者提出的状态依赖模型
原论文 Figure 9。整合 MS—VTA 不同细胞在浅、深状态中的促活化与抑制方向。
来源:Wu JY et al. · The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

论文信息

Wu JY, Cui C, Dai XY, Wang W, Liu DQ, Wu H, Gao SJ, Zhang LQ, Liu L, Song WL, Zhou YQ, Zhang P, Tian B, Chen SL, Chen DY, Zhang P, Mei W, Tang ZP.
Anesthetic State-Dependent Bidirectional Control of States of Consciousness via Heterogeneous Medial Septum to Ventral Tegmental Area Circuits under Sevoflurane in Mice
The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience · 2026-04-15
DOI: 10.1523/jneurosci.1383-25.2026