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一项针对大鼠的新研究发现，一组已知有助于记忆形成的大脑信号也可能影响血糖水平。

8月11日，由纽约大学格罗斯曼医学院在线发表在《自然》杂志上的一项新研究发现，海马群的尖锐波纹在几分钟内跟随大鼠体内血糖水平的下降而稳步下降。研究人员发现，在被称为海马的大脑区域中，一种奇特的信号模式被过去的研究与记忆的形成联系在一起，也影响着新陈代谢，即饮食营养物质转化为血糖（葡萄糖）并作为能量来源供应给细胞的过程。

A metabolic function of the hippocampal sharp wave-ripple. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03811-w

海马体以前被认为与认知和内分泌有关。研究团队同时测量了海马体的电生理活动和自由行为大鼠体内的间质葡萄糖浓度，以确定一种可能将海马体的这些不同功能联系起来的活动模式。该研究报告从海马体记录的锐波波纹簇可靠地预测了大约 10 分钟内外周葡萄糖浓度的下降。

这种相关性不依赖于昼夜节律、超节律或膳食触发的波动，可以用光遗传学诱导的波纹在海马（但不在顶叶皮层）中模拟，并且通过药物遗传学抑制侧隔的活动而减弱到偶然水平，侧隔是海马和下丘脑之间的主要通道。

这项研究结果表明，尖锐波纹的一个功能是调节外周葡萄糖平衡，并为2型糖尿病患者的睡眠中断和血糖失调之间的联系提供了一个机制。

虽然细节有待证实，但研究结果表明，波纹可能会调节胰腺和肝脏释放激素的时间，可能包括胰岛素，以及脑垂体释放其他激素。该研究首次证实了海马体中的脑细胞如何直接调节代谢过程，虽然海马体可能不是这个过程中唯一的参与者。

该研究围绕称为神经元的脑细胞展开，这些脑细胞“发射”（产生电脉冲）以传递信息。近年来，研究人员发现海马神经元群在几毫秒内以毫秒为单位循环放电，这种放电模式被称为“锐波波纹”，因为它在被 EEG 以图形方式捕获时所呈现的形状，这是一种用电极记录大脑活动的技术。

众所周知，胰岛素可以将血糖保持在正常水平，胰腺细胞并不是持续释放胰岛素，而是周期性地释放。研究作者说，由于锐波波纹主要发生在非快速眼动 (NREM) 睡眠期间，睡眠障碍对锐波波纹的影响可能提供了睡眠不良与 2 型糖尿病中出现的高血糖水平之间的联系。

该研究团队以前的工作表明，尖锐的波纹参与了在NREM睡眠期间永久储存每天的记忆，在他们2019年的研究中发现，当波纹被实验性地延长时，大鼠学会了更快地在迷宫中导航。也就是说，证据表明，基于效率的原因，大脑进化为使用相同的信号来实现记忆和激素调节方面的两种截然不同的功能。

波纹延长提高了记忆力

Long-duration hippocampal sharp wave ripples improve memory.Science  14 Jun 2019.DOI: 10.1126/science.aax0758

研究人员表示，海马体是多个角色的良好候选大脑区域，因为它连接到其他大脑区域，并且因为海马神经元有许多对激素水平敏感的表面蛋白（受体），因此它们可以调整自己的活动作为反馈回路。新发现表明，海马波纹降低血糖水平是这种循环的一部分。

也就是说，动物本可以首先开发出一种系统来控制节律周期中的激素释放，然后当它们后来开发出更复杂的大脑时，将相同的机制应用于记忆。

研究数据还表明，海马尖波波纹信号被传送到下丘脑，众所周知，下丘脑会支配和影响胰腺和肝脏，但通过称为侧隔的中间大脑结构。研究人员发现，波纹可能仅通过振幅（海马神经元一次激活的程度）而不是通过波纹组合的顺序影响侧隔，这可能会在信号到达皮层时对记忆进行编码。

根据这一理论，如在 NREM 睡眠期间所见，每分钟 30 次以上的短时间涟漪引起的外周血糖水平下降比孤立的涟漪大几倍。重要的是，侧隔的沉默消除了海马尖波波纹对外周血糖的影响。

为了确认海马放电模式导致葡萄糖水平下降，该团队使用一种称为光遗传学的技术，通过重新设计海马细胞以包括光敏通道来人为地诱导涟漪。通过玻璃纤维将光照射在这些细胞上会引起与大鼠行为或大脑状态（例如休息或醒来）无关的波纹。与它们的天然对应物类似，合成波纹降低了糖含量。

展望未来，研究小组将寻求扩展其理论，即几种激素可能会受到夜间尖锐波涟漪的影响，包括通过对人类患者的研究。未来的研究还可能揭示可以调节波纹以降低血糖和改善记忆力的设备或疗法。

参考资料：

1.A metabolic function of the hippocampal sharp wave-ripple. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03811-w

2.Long-duration hippocampal sharp wave ripples improve memory.Science  14 Jun 2019.DOI: 10.1126/science.aax0758