在大脑中，有超过一百种分子物质作为递质，通过数千种不同的受体类型控制神经细胞之间的通讯通路。在一篇评论文章中，一个国际研究小组讨论了某些神经细胞受体的激活如何影响大脑中的神经元网络。来自波鸿鲁尔大学 (RUB)、巴塞罗那庞培法布拉大学和牛津大学的作者提出了量化大脑状态受体特异性调节的概念。他们还开发了一种计算机模型，可以预测个体受体类型对大脑活动的影响。

此外，研究人员展示了如何通过实验方法验证和完善计算机中获得的预测。他们希望这将导致诊断和治疗精神障碍的新方法。他们在欧洲生化学会联合会于 2021 年 4 月出版的 FEBS 期刊上发表了一篇最新评论，报告了他们的工作和研究现状。

在计算机模型中模拟大脑状态的动态

关于神经元受体的分子结构，人们已经了解了很多。但研究人员对个体受体类型如何改变大脑网络的整体动力学知之甚少。为了在计算机模型中对此进行模拟，研究小组收集了来自三种不同成像技术的数据：大脑中解剖连接的信息，用扩散加权磁共振记录成像;关于参与者静息状态活动的信息，通过使用功能性磁共振成像(简称 fMRI)的测量获得;以及受体类型的分布，用正电子发射断层扫描记录。使用此输入，研究人员能够为每个受试者创建一个单独的受体组，以反映大脑中受体类型的总体分布。

这使研究人员能够模拟依赖于计算机模型中单个受体类型激活的神经元之间的相互作用。例如，他们实际上激活了血清素受体 5-HT2A，并在电子计算机模型大脑中观察到以下变化。“活动模式与在人类受试者服用裸盖菇素或 LSD 后在扫描仪中观察到的活动模式惊人地相似——这两种迷幻物质都特异性结合 5-HT2A 受体，”波鸿光学成像负责人副教授德克·扬克博士解释说实验室，评论文章的主要作者。因此，计算机模型能够预测激活单一受体类型后大脑整体动力学的变化。

在实验中测试预测

药理物质通常不仅仅针对一种类型的受体;另一个缺点是它们不能用于以有针对性的方式局部激活神经元。这意味着只能在有限的范围内对人类受试者进行更复杂的预测和测试。

因此，作者建议使用光遗传学方法完善他们的假设，并在动物实验中对其进行测试。由 RUB 普通动物学和神经生物学系的共同作者 Stefan Herlitze 教授领导的研究小组是这项技术的先驱之一。病载体用于指导细胞产生某些蛋白质。例如，使用这种技术，可以使基因修饰小鼠产生光激活受体和蛋白质，当神经细胞活跃时，这些受体和蛋白质会发出荧光。