白天长度的变化如何改变大脑和随后的行为

光照的季节性变化——夏季白天较长，冬季较短——长期以来一直与人类行为有关，影响从睡眠和饮食模式到大脑和荷尔蒙活动的方方面面。季节性情感障碍(SAD)就是一个典型的例子：一种与自然阳光照射减少有关的抑郁症，通常发生在冬季，更常见于白天时间最短的高纬度地区。

强光疗法已被证明是治疗SAD以及非季节性重度抑郁症、产后抑郁症和双相情感障碍等疾病的有效疗法，但日长和光照的季节性变化如何在细胞和电路水平上影响和改变大脑已经让科学家们在很大程度上蒙在鼓里。

在2022年9月2日发表在《科学进展》上的一项新研究中，加利福尼亚大学圣地亚哥分校医学院的研究人员使用小鼠模型阐明了一个过程，在该过程中，受影响的神经元响应日长刺激而转换神经递质的表达，触发相关的行为改变。

这项工作由资深研究作者、加州大学圣地亚哥分校医学院精神病学系副教授、加州大学圣地亚哥分校昼夜生物学中心成员DavideDulcis博士领导。

隐藏在人脑下丘脑内的是一个称为视交叉上核(SCN)的小结构，每个结构由大约20,000个神经元组成。(人脑平均包含大约860亿个神经元和另外850亿个非神经元细胞。)

SCN是身体的计时员，调节大多数昼夜节律——身体、精神和行为的变化遵循24小时的周期，影响从新陈代谢和体温到激素释放时间的一切。SCN基于视网膜中特殊光敏细胞的输入进行操作，这些细胞将光线和白天长度的变化传达给我们的身体。

在这项新研究中，Dulcis及其同事描述了SCN神经元如何相互协调以适应不同长度的日光，在细胞和网络水平上发生变化。具体来说，他们发现在大脑功能与人类相似的小鼠中，神经元的组合和关键神经递质的表达发生了变化，进而改变了大脑活动和随后的日常行为。

光照的季节性变化也被证明会改变室旁核(PVN)中表达神经递质的神经元的数量，这是一个在控制压力、新陈代谢、生长、繁殖、免疫和其他自主功能方面发挥重要作用的大脑区域.

“这项研究中最令人印象深刻的新发现是，我们发现了如何人为地操纵特定SCN神经元的活动并成功诱导下丘脑PVN网络内的多巴胺表达，”Dulcis说。

“我们揭示了SCN-PVN网络在调整下丘脑功能和日常行为方面的新分子适应，”第一作者、Dulcis实验室成员AlexandraPorca博士补充道。“我们在这项研究中展示的多突触神经递质转换可能提供了调节情绪季节性变化和光疗效果的解剖/功能联系。”

作者认为他们的发现提供了一种新的机制来解释大脑如何适应光照的季节性变化。并且由于适应发生在仅位于SCN的神经元中，后者代表了与光照的季节性变化相关的疾病的新疗法的有希望的目标。