一天的长度变化如何改变大脑和随后的行为

光照的季节性变化 - 夏季的白天更长，冬季更短 - 长期以来一直与人类行为有关，影响从睡眠和饮食模式到大脑和荷尔蒙活动的一切。

季节性情感障碍(SAD)就是一个典型的例子：一种与自然阳光照射减少有关的抑郁症，通常发生在冬季，更常见的是白昼时间最短的高纬度地区。

亮光疗法已被证明是治疗SAD的有效疗法，以及非季节性重度抑郁症，产后抑郁症和双相情感障碍等疾病，但是白天长度和光照暴露的季节性变化如何在细胞和回路水平上影响和改变大脑，使科学家在很大程度上处于黑暗之中。

在2022年9月2日发表在《科学进展》上的一项新研究中，加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员使用小鼠模型来阐明一个过程，其中受影响的神经元根据一天长度的刺激切换神经递质的表达，从而引发相关的行为变化。

这项工作由高级研究作者Davide Dulcis博士领导，他是加州大学圣地亚哥分校医学院精神病学系的副教授，也是加州大学圣地亚哥分校昼夜节律生物学中心的成员。

隐藏在人脑下丘脑内的是一个称为视交叉上核(SCN)的小结构，每个结构由大约20，000个神经元组成。(人类大脑平均包含大约860亿个神经元和另外850亿个非神经元细胞。

SCN是身体的计时器，调节大多数昼夜节律 - 遵循24小时周期的身体，精神和行为变化，影响从新陈代谢和体温到激素释放的一切。SCN基于视网膜中特殊光敏细胞的输入进行操作，这些细胞将光和昼长的变化传达给我们的身体。

在这项新研究中，Dulcis及其同事描述了SCN神经元如何相互协调以适应不同长度的日光，在细胞和网络水平上发生变化。具体来说，他们发现，在大脑功能与人类相似的小鼠中，神经元在混合和表达关键神经递质方面发生了变化，这反过来又改变了大脑活动和随后的日常行为。

光照的季节性变化也被证明会改变脑室旁核(PVN)中表达神经递质的神经元的数量，PVN是大脑的一个区域，在控制压力，新陈代谢，生长，繁殖，免疫和其他自主神经功能中起着至关重要的作用。

“这项研究中最令人印象深刻的新发现是，我们发现如何人为地操纵特定SCN神经元的活性，并成功诱导下丘脑PVN网络内的多巴胺表达，”Dulcis说。

“我们揭示了SCN-PVN网络的新型分子适应，以响应调整下丘脑功能和日常行为的日长，”第一作者Dulcis实验室成员亚历山德拉·波尔卡博士补充道。“我们在这项研究中展示的多突触神经递质切换可能提供解剖学/功能联系，介导情绪的季节性变化和光疗的效果。

作者认为他们的发现提供了一种新的机制，解释了大脑如何适应光照的季节性变化。由于适应发生在仅位于SCN中的神经元内，因此后者代表了与光暴露季节性变化相关的疾病的新治疗的有希望的目标。

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