為什么運(yùn)動(dòng)后大腦更清醒？Bruchas團(tuán)隊(duì)揭示去甲腎上腺素能系統(tǒng)耦合運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換調(diào)控覺醒的機(jī)制

將覺醒狀態(tài)與動(dòng)物的行為需求相匹配，對(duì)于高效分配認(rèn)知和代謝資源至關(guān)重要。以往研究提示皮層去甲腎上腺素（NA）信號(hào)參與行為狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，但尚不清楚這是否反映了一種全局性信號(hào)以及它如何影響覺醒。

基于此，2025年11月26日，美國華盛頓大學(xué)麻醉學(xué)與疼痛醫(yī)學(xué)系Michael R. Bruchas研究團(tuán)隊(duì)在Cell Reports雜志發(fā)表了“Noradrenergic tuning of arousal is coupled to movement transitions”揭示了去甲腎上腺素能系統(tǒng)對(duì)覺醒的調(diào)控與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換相耦合。

本文聚焦藍(lán)斑核（LC）-皮層去甲腎上腺素的主要來源，探究其在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換中的作用并闡明其在麻醉蘇醒過程中促進(jìn)覺醒的潛力。通過生理記錄、光纖記錄、光遺傳學(xué)操控和行為追蹤，作者發(fā)現(xiàn)LCNA神經(jīng)元活動(dòng)與麻醉深度密切相關(guān)，且LCNA的激活與麻醉蘇醒期間運(yùn)動(dòng)恢復(fù)同步發(fā)生。在清醒動(dòng)物中，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換也與LCNA活動(dòng)的特定模式相耦合。在麻醉狀態(tài)下，激活LCNA可增強(qiáng)交感神經(jīng)介導(dǎo)的覺醒水平，但調(diào)控LCNA活動(dòng)對(duì)麻醉蘇醒過程本身并無顯著影響。這些研究揭示：LCNA在促進(jìn)行為覺醒方面僅具有有限的因果作用，其對(duì)覺醒的影響是精細(xì)而復(fù)雜的并與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)緊密耦合。

圖一 有序運(yùn)動(dòng)的恢復(fù)與LCNA神經(jīng)元激活相耦合

過去知道藍(lán)斑去甲腎上腺素系統(tǒng)（LCNA）參與調(diào)控睡眠、清醒和壓力反應(yīng)，但它在“深度昏迷”和“高度活躍”這兩種極端覺醒狀態(tài)中具體起什么作用還不清楚。

研究人員用麻醉小鼠模擬從昏迷到清醒的過程，實(shí)時(shí)監(jiān)測LCNA神經(jīng)元的活動(dòng)并同步記錄腦電、心率和行為。

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結(jié)果發(fā)現(xiàn)：小鼠大腦先“醒”（腦電變強(qiáng)），心跳也跟著加快，但這時(shí)LCNA還沒明顯激活；直到小鼠開始恢復(fù)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)（比如翻身、爬行）。

這說明，LCNA并不是簡單地控制“有沒有醒”，而是專門在身體準(zhǔn)備行動(dòng)、恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能時(shí)才強(qiáng)力上線，提示它在高覺醒狀態(tài)（如主動(dòng)行為）中扮演關(guān)鍵角色。

圖二 LCNA神經(jīng)元活動(dòng)和NE水平與覺醒狀態(tài)的變化密切相關(guān)

研究人員發(fā)現(xiàn)，LCNA的活動(dòng)并不是簡單的“開/關(guān)”模式，而是像調(diào)光開關(guān)一樣，隨著動(dòng)物清醒程度的變化而梯度調(diào)節(jié)。

在逐步加深或減輕麻醉時(shí)，LCNA活動(dòng)隨之平滑升降并在每次調(diào)整后出現(xiàn)短暫“超調(diào)”就像身體在努力找回平衡。更重要的是，當(dāng)小鼠開始恢復(fù)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)（比如翻身、爬行）時(shí)，LCNA不僅自身活躍，還會(huì)向丘腦和基底前腦這兩個(gè)關(guān)鍵“覺醒中繼站”發(fā)送信號(hào)，促使這些區(qū)域釋放更多去甲腎上腺素，并激活下游神經(jīng)元。

這說明：LCNA不只是被動(dòng)響應(yīng)清醒狀態(tài)，而是主動(dòng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)需求精細(xì)調(diào)控大腦整體的覺醒水平：尤其在從昏迷走向行動(dòng)的關(guān)鍵時(shí)刻，它起到了“喚醒引擎”的作用。

圖三 藥理學(xué)與光遺傳學(xué)調(diào)控LCNA對(duì)覺醒的影響

先前研究表明，激活特定的膽堿能和多巴胺能環(huán)路可在麻醉狀態(tài)下使動(dòng)物恢復(fù)意識(shí)。

盡管LC一直被認(rèn)為是“喚醒大腦”的關(guān)鍵區(qū)域，但作者發(fā)現(xiàn)：即使人為激活LC的LCNA，也無法讓麻醉中的小鼠更快醒來。

他們用了多種方法測試LCNA是否對(duì)蘇醒“必不可少”：

藥物調(diào)控（如右美托咪定、阿替美唑、阿托莫西汀）沒改變蘇醒時(shí)間；

光遺傳激活LCNA能讓瞳孔放大（說明交感神經(jīng)被激活），但仍不能加速清醒；

化學(xué)遺傳抑制LCNA本身或它通往丘腦、基底前腦的通路，也不影響蘇醒速度。

有趣的是，LCNA在小鼠開始恢復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)活躍并能激活下游覺醒相關(guān)腦區(qū)，但它似乎不是啟動(dòng)蘇醒的“開關(guān)”，而更像是在身體準(zhǔn)備行動(dòng)時(shí)“加油助威”的角色。

圖四 全文摘要圖

總結(jié)

總之，作者發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與LCNA活動(dòng)之間存在強(qiáng)烈的耦合關(guān)系；結(jié)合LCNA在促進(jìn)皮層覺醒和交感覺醒中所扮演的精細(xì)而復(fù)雜的作用，這些結(jié)果表明，LCNA活動(dòng)在將覺醒狀態(tài)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)至特定運(yùn)動(dòng)事件方面發(fā)揮著重要作用。

文章來源

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116601

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