日本国立研究开发法人理化学研究所（简称理研）脑神经科学研究中心的冈野荣之团队负责人、东京都立大学研究生院人类健康科学研究科的畑纯一副教授、牟田佳那子特任助教等人组成的国际联合研究团队，发现从人类到线虫6种生物麻醉状态下共有的神经动态特征。这一发现有望为理解麻醉导致大脑对外界刺激反应减弱时的脑状态提供线索，并揭示跨越不同物种的共同原理。相关论文已发表于《Nature Neuroscience》。
图1 麻醉会缩短内在神经的时间尺度（供图：理化学研究所）
全部6个物种在麻醉状态下，内在神经时间尺度均发生了缩短。
上述国际联合研究团队利用可一次性调查神经活动时间序列数千种特征的动态表型解析方法，进行了跨物种、麻醉药物和测量方法的比较。
解析对象为人、猕猴和狨猴、小鼠、斑马鱼、线虫6个物种。4种哺乳动物（人、猕猴、狨猴、小鼠）使用了功能性磁共振成像（fMRI），斑马鱼和线虫则使用了钙成像检测。先后分析了七氟烷、丙泊酚、氯胺酮、异氟醚等作用机制不同的多种麻醉药物使用数据。利用被称为hctsa的解析法从各时间序列中提取6827种特征后，485种特征均呈现相同方向的变化。
尤其是表征稍前神经活动影响留存时长的内在神经时间尺度，在全部6个物种的麻醉状态下均出现缩短。也就是说，在麻醉状态下，稍早之前神经活动带来的影响会更快消失，神经活动的持续性下降。
比较大脑整体各区域活动后发现，麻醉状态下，清醒时可见的脑区间同步性，即不同区域活动在同一时机变动的特性有所减弱。此外，清醒状态下脑区间共同可见的神经活动持续性和周期性等时间变化特征，在麻醉下各区域间差异变大。这一结果表明，麻醉状态下不仅各脑区活动在时间上难以持续，脑区间的活动模式也难以一致。
已知在猕猴中，丙泊酚麻醉期间对丘脑中央正中核进行脑深部刺激（DBS）可恢复对外界刺激的行为反应性。此时，因麻醉而缩短的内在神经时间尺度再次变长，同时脑区间相互作用也朝着与麻醉所致变化相反的方向变化。另一方面，在不同于丘脑中央正中核、刺激后无法恢复行为反应的对照位点，并未观察到这类神经活动变化。上述结果表明，本次检测到的神经动态与大脑能否对外界刺激产生响应的状态存在关联。
调查4种哺乳动物中麻醉所致神经动态变化与基因表达分布的关系后，发现与兴奋性、抑制性神经传递及神经活动节律相关基因有关。其中包括GABAA受体、NMDA受体、AMPA受体、HCN1等。4种哺乳动物中，狨猴利用了脑基因表达数据库Marmoset Gene Atlas。
通过生物物理全脑模型，验证能否从麻醉剂在突触层面的作用再现全脑尺度的变化。在模拟GABA能麻醉剂的模型中，实测数据里共同发生变化的485项特征中有461项（95%以上）朝相同方向变化，在模拟氯胺酮麻醉剂的另一模型中，也可再现90%以上的特征变化。
本研究表明，不应简单将麻醉状态下的大脑视作“活动减弱的状态”，而应理解为“神经活动持续性下降、脑区间协同作用减弱的状态”（神经活动的时空孤立）。随着行为反应性恢复，神经动态朝相反方向变化，这说明神经活动的时空孤立有望成为表征对外界响应下降这一脑状态的指标之一。
此外，即使是解剖学上差异很大的生物物种，也能将神经活动的动态特征作为共通“标尺”进行比较，今后将该“标尺”应用于各种脑状态和疾病，有望超越物种和测量尺度理解脑功能。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Neuroscience
论文：Comprehensive profiling of brain dynamics during anesthesia across phylogeny
DOI：10.1038/s41593-026-02460-4
