科学家揭秘:安慰剂效应背后的大脑回路
长期以来,人们一直认为安慰剂效应(医生给病人服用无药效的药丸而非药物)不仅能让病人感觉好一些,还会影响病人的免疫系统。然而,其潜在机制尚不清楚。
现在,以色列科学家已经确定了大脑中调节习得性免疫反应的神经回路。此外,反安慰剂效应(据说当病人对治疗的预期导致治疗效果比原本更差时就会出现这种情况)也是一个真实存在的因素。
该研究团队想知道大脑和免疫系统是否共享信息以改善人的健康状况。身体和大脑之间的联系数千年来一直吸引着科学家和哲学家的关注。现在,他们已经确定了一个神经回路,这个神经回路使大脑调节免疫系统活动这件事能够通过类似于联想学习的学习过程来实现。
该研究团队想知道大脑和免疫系统是否共享信息以改善人的健康状况。身体和大脑之间的联系数千年来一直吸引着科学家和哲学家的关注。现在,他们已经确定了一个神经回路,这个神经回路使大脑调节免疫系统活动这件事能够通过类似于联想学习的学习过程来实现。
这项创新研究由哈宁·卡亚勒(Haneen Kayyal)博士、费德里卡·克鲁恰尼(Federica Cruciani)和赛伦德拉库马尔·科拉特·钱德兰(Sailendrakumar Kolatt Chandran)博士牵头,与海法大学的阿米拉姆·阿里尔(Amiram Ariel)教授以及海法以色列理工学院的阿西娅·罗尔斯(Asya Rolls)教授合作开展。
该研究刚刚发表在著名的《自然·神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上,论文标题为《雄性小鼠条件性免疫反应的恢复由前后脑岛回路介导》。
这项研究是在海法大学学习与记忆背后分子和细胞机制研究实验室进行的,该实验室由科比·罗森布拉姆(Kobi Rosenblum)教授领导。研究结果表明,大脑和免疫系统协同合作以应对未来的挑战,并揭示了身体如何仅基于感官信息和大脑活动来“学会”激活免疫系统。
这个过程涉及哪些方面?
这个过程涉及免疫系统在大脑中的“表现形式”,以及这种信息与味觉等感官输入的整合。罗森布拉姆指出:“我们知道免疫系统能够感知体内行为异常的细胞,或者检测入侵身体的细菌或病毒。”
“它还能够学习并迅速果断地对过去遇到过的入侵者采取行动。然而,直到现在,研究人员还认为免疫系统无法将其掌握的信息与大脑中存储的感官信息联系起来——而这种能力会为任何动物带来显著的进化优势。”
通过感官,大脑不断感知环境,所以该团队想知道大脑和免疫系统是否能够共享信息以改善一个人的健康状况。如果可以,大脑中存储的记忆与免疫系统之间的相遇发生在哪里呢?
研究人员强调了三个现有的关键发现。第一个发现来自70年前进行的一项研究,该研究表明在特定的味道与免疫系统的激活或抑制之间建立联系是可能的。
在这种联想式学习(与其他学习形式类似)之后,当一个人或动物在数周或数月后接触到相同的味道时,即使没有直接因素作用于免疫系统,其免疫反应也与最初学习时的反应相同。
这种被称为条件性免疫反应的现象被认为是安慰剂效应的一种初步解释,在安慰剂效应中,一种表面上无活性的物质改善了一个人的健康状况。
大脑和学习过程对我们健康的影响与更广泛的身体 - 大脑联系相关。研究人员确定了一种操作流程,在该操作流程中,将一种新味道(糖精)与注射一种源自细菌荚膜的物质(脂多糖,免疫系统将其识别为细菌并产生抵抗反应)单次配对,即使几天后也会引发类似的免疫反应。
这仅仅是因为实验中的老鼠之前食用过糖精。
为了搞清楚这种条件性免疫反应在大脑中的学习是如何发生的以及发生在大脑的哪个部位,研究人员参考了之前的实验室研究。这些研究表明,对新味道的编码和评估——不管这些味道被视作是令人愉悦的、新奇的,还是令人讨厌或者反感的——都发生在大脑皮层内部被称为脑岛的地方。
还有另一项研究显示,代表免疫反应的编码发生在脑岛的后部。于是,基于这些发现,研究人员提出,条件性免疫反应的编码或者大脑表征会涉及脑岛前部和后部之间的联系。
为了验证这个假设,研究人员首先在老鼠身上重现了条件性免疫反应。他们发现,只要将摄入一种新味道(糖精)和向腹腔注射脂多糖(LPS)单次搭配起来,就会让老鼠对这种味道产生厌恶(唤起改变后的味道评估记忆)。
而且,学习之后再呈现相同的味道就会触发免疫反应记忆的唤起。
接下来,研究人员表明,脑岛里的外周神经系统(包括后部和前部)之间存在明显的神经联系,这使得信息传递成为可能。
为了弄清楚在脑岛前后部之间传递信息(双向通信)的神经细胞的活动是否存在相关性,研究人员检查了在提取条件性免疫反应的时候这些连接细胞是否被激活,以及它们的电学特性是否发生了变化。
他们发现,在提取免疫条件反射记忆后,脑岛前部和后部的大多数神经细胞没有变化,但在连接前后部的一组特定细胞中观察到明显的激活现象。
研究人员指出,这组连接细胞是脑岛中全部神经细胞中的一个小而特殊的子集。他们在提取条件性免疫反应的时候抑制了这些神经细胞的双向通路,发现破坏这些通路会显著影响其提取。
因此,很明显,这些神经通路在大脑和免疫系统之间传递信息方面起着至关重要的作用——这是身体和大脑功能性通信的一个关键例子。研究人员强调,这是科学界首次确定哺乳动物中能够将感官信息与免疫系统信息整合的特定神经细胞和通路。
这种基本的理解使治疗多种疾病成为可能,这些疾病源于免疫系统应对威胁的能力出现问题,从而导致反应过度或不足,以及自身免疫性疾病,如糖尿病或肠易激综合征,免疫系统会在这些疾病中攻击身体。
这项研究引起了全球科学家的极大兴趣,它提出了新的治疗方向,即协调行为、大脑活动并调节免疫系统功能以优化疾病治疗。