脊椎動物透過神經調節系統切換大腦狀態

當我們全神貫注或精神恍惚時，對相同的感官刺激會有截然不同的反應，在極短的時間內大腦的功能性網絡無法大幅改變，卻能在不同狀態中切換，這可能與神經調節系統(neuromodulation)有關。最近史丹佛大學的研究證實了神經調節系統與動物的警覺性(alertness)有所關聯，且在斑馬魚和小鼠的實驗上結果相似，指出以神經調節系統調控注意力可能是脊椎動物大腦的一種基本特性。

神經調節物質與神經傳導物質相仿，可以興奮或抑制下游接收訊號的神經元，但神經調節系統作用範圍廣泛，下游可能廣佈於整個大腦，可透過突觸後受器(postsynaptic receptors)的變異來調控神經迴路功能。此篇研究在動物行為實驗的同時量測了多種神經調節細胞的鈣離子影像，與動物反應時間來作比較。如果神經活躍程度與反應時間呈現負相關（亦即在反應比較快時神經較活躍），這種細胞就可能與警覺性有關。有趣的是，有幾種已知在小鼠與斑馬魚腦中相互對應的神經調節細胞，在此分析下都有非常相似的結果。

實驗也顯示：以光遺傳技術刺激某些神經調節細胞時，小鼠對刺激的反應時間會縮短。但除此之外，這篇研究的其他分析多止於關聯性，而對因果關係與機制尚未有更詳盡的探討。但使用MultiMAP技術能夠同時在動物行為的同時觀察多種不同細胞的生理反應，並列舉了包括血清素(serotonergic), 多巴胺(dopaminergic), 膽鹼類(cholinergic) 等多種神經調節系統都與動物警覺性有關聯，的確提供了動物清醒時警覺性相關研究的一個方向。

撰稿：李宛儒

原始論文：
Lovett-Barron et al., (2017) “Ancestral Circuits for the Coordinated Modulation of Brain State” Cell
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867417312436