单个抑制神经元（黄色，右上）可以与许多其他神经元建立突触。 北卡罗来纳大学安东实验室

彼得·索莫吉小时候曾帮助当地林业公司研究森林鸟类的繁殖行为。他会爬上树，数一数他和朋友们搭建的鸟巢箱里有多少鸟蛋。而如今，这位牛津的科学家专注于研究人类大脑。他的实验室使用外科手术患者捐赠的脑组织样本。将这些样本切成薄片后，他们将其浸泡在盐水和氧气溶液中，以便观察细胞活动。“我们在上午 10 点取出的切片，到了第二天上午 10 点仍然活跃，”索莫吉说道，“24 小时后，这片人类大脑组织在培养皿中仍在高效运作。”

索莫吉的目标是弄清楚大脑中的细胞是如何进行相互交流的。在他职业生涯的早期，受到了著名匈牙利神经学家亚诺什·圣塔戈泰的启发。“早在20世纪30年代，圣塔戈泰就意识到，如果要解释大脑的运作、我们的行为，以及思维过程，必须首先定义神经元及其连接方式，”索莫吉解释道，“现在这听起来可能很平常——因为不这样你根本无法解释大脑功能。但在当时，这却是一项开创性的思想。”

这一思想驱动了索莫吉及其同事、神经科学家乔治·布扎基和塔马斯·弗伦德的研究。2011年，他们因对大脑抑制回路的分类和绘图研究，荣获了首届大脑奖。我们与这三位科学家探讨了他们的研究以及其对人类健康的重要性。

大脑中绝大多数神经元都是兴奋性的，当它们发射信号时，它们会激活其他神经元，并在大脑中传播电信号。相比之下，抑制性神经元的功能正好相反——它们通过化学信号阻止或抑制其他神经元的发射，使其活动减弱。

抑制性神经元种类繁多，其中一些因其独特的形状而被赋予了生动的名字。例如，篮状细胞的分支神经纤维似乎如同网状结构，包裹着目标神经元；而枝形吊灯细胞的轴突看起来像悬挂的烛台。

枝形吊灯细胞（绿色）的分支纤维可以抑制数百个其他神经元。 Linda Van Aelst，冷泉港实验室

索莫吉的研究首先在枝形吊灯细胞中发现了关键线索。在他担任塞梅维斯大学初级科学家时，他最初研究的是小脑，但他对大脑皮层产生了更大的兴趣。因此，他开始在周末和晚上秘密地进行这方面的研究。圣塔戈泰是第一个描述枝形吊灯细胞的人，他认为这些细胞的烛台状轴突缠绕着锥体神经元的树突。然而，索莫吉通过显微镜观察发现，轴突实际上缠绕的是神经元的另一个部分——轴突起始段，这是电信号生成的节点。“这种顿悟的时刻让我难以形容，”索莫吉回忆道，“当你看到某个关键点时，你就会意识到：‘这非常重要。’”由于电信号是在轴突起始段产生的，因此，专门作用于这一区域的神经元必然在大脑活动中起着重要作用。

他立刻找到了圣塔戈泰，告诉他这个理论存在偏差。起初，圣塔戈泰并不相信，坚持认为这是不同的神经元类型，因为他是在猴子大脑中发现的吊灯细胞，而索莫吉研究的是老鼠大脑。为了区分这一发现，索莫吉将其命名为“轴突轴突细胞”。“随着时间的推移，圣塔戈泰逐渐接受了这是同一种细胞，”索莫吉解释道，“这就是‘轴突轴突细胞’这个名字的由来。”

虽然抑制性神经元只占大脑神经元总数的10%到20%，但它们在大脑信息的传递和包装中起着至关重要的作用。

纽约大学朗格尼医学中心的布扎基教授将抑制性神经元的作用比作语言中的停顿。“我之所以能够与你交流，是因为我在单词和句子之间有适当的停顿，”他说道，“换句话说，大脑对信息进行分段，而实现这种自然分段的方式正是抑制性神经元。”

不同类型的抑制神经元相当于不同的标点符号。“有些是逗号，另一些是句号，等等。”

此外，抑制性神经元还通过同步放电产生脑电波等节奏性活动。这些波动是高效传递复杂信息的强大工具。布扎基用另一个类比解释这一点：想象你去欧洲观看一场戏剧演出。观众如果喜欢这场演出，通常会有节奏地鼓掌。“当大家一起同步鼓掌时，声音的力量会更强大……但所需的肌肉力量却与不同步鼓掌时相同。”

小鼠海马中含有小白蛋白的抑制性神经元（绿色） 麦克贝恩实验室，NICHD/NIH

有趣的是，抑制有时实际上能激发神经元的活动。1988年，弗伦德的研究发现了一组来自大脑隔膜区域的抑制神经元，这些神经元延伸至海马体，与负责抑制兴奋性神经元活动的其他抑制神经元相互作用。通过阻止这些抑制信号，实际上解除了对兴奋性神经元的抑制。这一发现极具重要性。隔膜通路携带与动机和情绪相关的信息——弗伦德和布扎基称之为“内部世界”。这些神经元将与我们内部情绪状态相关的信息输入大脑记忆中心，可能增强我们对重要记忆的存储和回忆能力。这也许可以解释为什么我们能如此清晰地记住那些具有强烈情感的事件，无论它们发生了多么久远。

抑制性神经元塑造了大脑的“电语法”，当这些神经元失常时，大脑功能可能会出现紊乱。“每一种精神疾病都伴随着某种脑电振荡问题，”布扎基指出。科学家们目前已经将目光集中在与这些疾病相关的特定抑制神经元上。例如，精神分裂症的主要病理变化之一就是小白蛋白表达的抑制神经元功能失常。这些神经元——包括枝形吊灯细胞——是大脑节奏活动的关键，但在精神分裂症患者中，它们的活动远不如健康个体。

大多数抑制性神经元使用一种名为GABA的神经递质（γ-氨基丁酸）进行交流。GABA与突触受体结合，抑制神经元的活动。此外，它还与神经元表面上的一组特殊受体结合，这些受体就像是GABA的“传感器”，负责监测细胞外的GABA浓度。如果GABA浓度升高，这些受体便会打开，允许带负电荷的氯离子流入细胞，从而调节神经元的兴奋或抑制程度。

最近的研究表明，GABA传感器与产后抑郁症密切相关。怀孕期间的激素激增导致GABA电流增强，为了补偿，脑细胞通过减少GABA传感器来平衡。当产后激素水平恢复正常时，电流也会恢复，但GABA传感器却不足，导致神经调节失衡。2019年，美国食品药品监督管理局批准了第一个针对产后抑郁症的治疗方法，索莫吉对此评价道：“这是向前迈出的重要一步。”

弗伦德的最新研究方向是内源性大ma素信号传导。内源性大ma素是一种由人体自身产生的物质，其作用类似于大ma中的化学成分。这些分子与抑制性和兴奋性神经元末梢上的受体结合，抑制神经递质的释放，起到“断路器”的作用。弗伦德解释道：“这一发现揭示了一种控制兴奋性与抑制性传递稳态的分子机制，其失常可能导致焦虑或癫痫。”科学家们目前正积极探索这一机制，试图找到治疗这些疾病的新方法。

脑悦康首席科学家，南加州药学院梁京院士，被誉为“抑制神经之母”，她的研究在一定程度与牛津大学科学家在大脑抑制回路领域的探索不谋而合。这些前沿研究为我们脑健康管理方面提供了精细的科学循证成果，脑悦康致力于为公众提供更专业、更有效的关于情绪、睡眠、认知症等脑健康解决方案。