近日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所Robert Naumann研究员带领团队，整合国际资源，联合来自德国、以色列的科学家，深入研究了小臭鼩（Etruscan Shrew）脑结构和功能随季节性的变化，解释了冬季动物体感皮层中更多神经元被触觉信号抑制的实验现象，从而揭示小臭鼩冬季捕猎时对猎物选择“饥不择食”的自然现象的神经机制。 

　　小臭鼩是最小的陆生哺乳动物，属于鼩鼱科的一种，其体重仅仅2克，主要分布在欧亚大陆北纬10度到40度的亚热带和温带地区。其娇小的体型，导致其代谢率极高，却无法储存额外的能量。为了适应生存环境，小臭鼩演化出日间休眠以及冬季的“戴耐尔”现象（Dehnel's effect）。为了探索神奇的“戴耐尔”现象，研究团队利用核磁共振、在体双光子钙成像、原位杂交等技术，从大体解剖追踪到细胞水平的变化，从行为学追踪到皮层神经元活性的变化，明确了冬夏两季动物皮层神经元构筑的变化。 

　　团队成员通过核磁共振的方法长期追踪了小臭鼩的多个脑结构，发现大脑皮层是缩小最显著的结构，冬季皮层厚度比夏季缩小约10%。由于小臭鼩视力不发达，捕食主要依赖触觉，通过对触觉高度灵敏的胡须来定位猎物。在前期研究中研究人员还发现小臭鼩是捕猎高手，从碰触猎物到咬死猎物，仅仅需要几百个毫秒，做到了真正的“秒杀”。  

　　基于上述现象，团队将研究集中到了小臭鼩的体感皮层。团队发现，体感皮层的第四层神经元，也就是能量代谢需求最旺盛的皮层亚层，其厚度在冬季的时候减少了28%。与此同时，其它亚层厚度却没有数目显著变化。在皮层第四层中，存在Parvalbumin阳性中间神经元（PV神经元），这类抑制型神经元主要功能是抑制周边神经元活性。脑片染色显示，冬季动物中PV神经元数目较夏季减少，这为研究成果提供了解剖学上的数据支撑。 

　　神经元对触觉信号的反应可以分为被激活、被抑制或者无反应三类。通过在体双光子钙成像实验，研究团队重复拨动小臭鼩的胡须，记录皮层神经元的钙信号，定量神经元对触觉刺激的反应。通过比较秋冬季与春夏季的实验，研究团队发现，在冬季有更多的神经元被触觉信号激活，和解剖学数据PV神经元在春夏季增多相一致的是，第四层中的神经元被触觉刺激抑制的比例是秋冬季的2.3倍。 

　　上述实验现象表明，小臭鼩冬季皮层比夏季薄，且抑制性神经元较少，导致其秋冬季体感皮层神经元更容易被触觉刺激激活。 

　　早在2012年，Michael Brecht教授团队发现小臭鼩是一个不折不扣的“美食家”。在食物充足的时候，它们偏好捕猎多汁的蟋蟀和蠕虫而不是有着厚重外甲的土元。但是在食物匮乏的时候，小臭鼩也可以退而求其次，捕猎土元充饥。在冬天食物匮乏的情况下，降低体感皮层检测触觉信号的阈值，可以令小臭鼩不“挑食”，提升其生存几率。所以冬季减少皮层的体积不仅仅节约能量消耗，也是一种应对恶劣环境的神经适应机制。本研究为理解神经系统应对生态环境挑战的适应机制，提供了新的视角。 

　　2017年的诺奖授予了发现昼夜节律分子机制的三位科学家。对这种周期性神经系统的变化，从昼夜、性周期等等，都已经逐渐被大家熟知和接受。但是季节性神经系统的变化，由于其时间跨度长、采样困难、实验周期久，相关研究并不多见。本研究填补了这方面的空白，通过长期追踪单个个体以及跨年度对群体动物进行记录，在细胞水平、生理水平以及大体解剖不同层面，揭示了冬夏两季动物皮层的自然变化。同时这种长时程的神经系统适应性变化，也可以认为是神经可塑性的一种表现形式。有别于学习记忆这种短时程的变化，季节性的神经可塑性的分子机制还等待着我们揭开它们神秘的面纱。 

　　相关研究以Seasonal plasticity in the adult somatosensory cortex 为题于发表于《美国国家科学院院刊》，并被选为封面文章。深圳先进院脑所研究员Robert Naumann为文章通讯作者，课题组研究助理李苗为第二作者，脑所研究员王虹为共同作者。 

　　论文链接  

体感皮层构筑随季节的变化。 

　　A矢状切面显示体感皮层在夏季（橙色）和冬季（蓝色）的层级结构.B 体感皮层冬季比夏季显著变薄 

A双光子活体钙成像显示，机械刺激小臭鼩的胡须，可以激活体感皮层神经元。B通过对整个皮层从浅层到深层进行记录，可以鉴定出对刺激有响应的神经元。C通过对一个皮层柱的成像发现，胡须刺激激活的神经元（绿色）在冬季更多，而被胡须刺激抑制的神经元在夏季更多。