大脑消耗能量的场面有多震撼？看动图！

如果大脑某个区域的活动增加，它需要的能量就会增加，这个区域的血管就会扩张，血流量就会大大增加，以满足大脑活动的能量需求。

大脑可以说是人体最奇妙的器官。

它重约3公斤，仅占人体重量的2%，但它消耗人体20%的能量。

因为大脑不储存能量，而且各部分对能量的需求也不均衡，所以神经系统对大脑血流量的实时调节对大脑的正常工作非常重要。

科学家称这种能量在大脑神经血管耦合中的调节方式。简而言之，如果大脑某个区域的活动增加，它所需要的能量就会增加，这个区域的血管就会扩张，血流量就会大大增加，以满足大脑活动的能量需求。

神经组织(绿色)活动增强(变亮)，血管扩张(红色还是紫色？)

尽管科学家们已经观察这一现象很长时间了，但我们对这一现象背后的机制知之甚少。

研究人员已经观察到高血压、糖尿病和阿尔茨海默病患者大脑中的这种耦合损伤。因此，了解其潜在机制不仅是解开谜团，而且具有重要的临床价值。

哈佛医学院神经生物学教授顾成华教授的团队利用双光子显微镜技术解决了活体老鼠大脑中的上述谜团。他们发现是大脑小动脉内皮细胞上的一个凹坑调节了神经和血管之间的快速耦合作用。这项重要的研究结果发表在*杂志《自然》上

顾教授

顾教授认为，解决困扰科学家多年的问题的第一步是能够清楚地看到神经和血管之间的耦合，并通过外部刺激来控制它们之间的耦合。

他们把裂口放在老鼠的桶皮层。这个桶状皮层专门处理胡须传递给大脑的触觉信号。

顾教授团队构建的观测系统

从左边的图片中，我们可以看到当研究人员触摸小胡子时，老鼠挣扎了几次。这种刺激导致老鼠的桶形皮层活跃的神经活动(右图中神经组织的亮度增加)。同时，平滑肌细胞放松，血管扩张(红色导管变粗)，血流量大大增加。

在这种情况下，观察系统已经建立。

下一步从哪里开始？顾教授的团队以小动脉内皮细胞为研究对象。这主要是因为小动脉的内皮细胞和毛细血管的内皮细胞(cEC)有明显的区别:小动脉的内皮细胞上有许多凹陷进入细胞，而毛细血管的内皮细胞上的凹陷几乎可以忽略不计。

大脑中毛细血管(左)和动脉(右)的粉红色箭头指的是颅窝

这一现象困扰着顾教授的团队。我们都知道，为了保持大脑的独立性，血液循环系统和大脑之间有一道血脑屏障，所以内皮细胞表面有凹坑是不安全的。为了保持血脑屏障的完整性，大多数神经系统的内皮细胞几乎没有内陷的凹坑。

控制凹坑形成的基因敲除前(左)和敲除后(右)

果不其然，神经和血管之间的连接在矿坑消失后被严重破坏。

左图和中图中的小窝仍然存在，血管可以*收缩。

右侧，颅窝消失，血管反应减弱。

然而，控制血管舒张的平滑肌细胞也有凹陷。幸运的是，顾教授的团队后来证实，消除酒窝不会影响平滑肌细胞的功能。这基本上证实了颅窝是调节神经和血管耦合的关键。

什么样的细胞巢具有上述能力？顾教授的团队还分别针对消除小动脉内皮细胞和平滑肌细胞的小窝。最终证实，小动脉内皮细胞的肺泡正在调节神经和血管之间的耦合。

此外，他们还发现，小动脉内皮细胞的肺泡对神经和血管之间耦合的调节独立于内皮一氧化氮合酶(eNOS)。阻断这两种途径都会削弱神经和血管之间的耦合。如果这两条通路被完全阻断，神经和血管之间的耦合将完全消失。

大脑中的血管非常繁忙。

最后，顾教授的团队还发现，小动脉内皮细胞中的大量微血管与Mfsd2a基因的低表达水平有关，而Mfsd2a基因的表达水平在其他很少或没有微血管的细胞中非常高。

“科学家在100多年前就发现了神经和血管的耦合，但这种精确而快速的调节背后的机制仍然未知。”布莱恩·W，论文的第一作者。周说[7]“我们很惊讶小动脉内皮细胞实际上在这个过程中发挥了积极的作用。”

在接下来的研究中，顾教授的团队计划对小动脉内皮细胞窝调节神经与血管耦合的机制进行深入研究。

原标题:大脑能量消耗的场景太令人震惊了！