为大脑提供动力：能量如何在单个细胞内分布

生物体中的每个系统都依赖于有限的能量供应才能发挥作用。在人类中，没有哪个器官比大脑更耗能，大脑消耗了人体代谢能量的20%左右。

但是，能量如何分布在神经系统中以确保其功能呢？在一项新的研究中，耶鲁大学的科学家们揭开了部分谜团。使用一种新型生物传感器，他们能够绘制生物体线虫 秀丽隐杆线虫单细胞的能量代谢图。

这项技术由耶鲁大学的科学家开发，使研究人员能够绘制出细胞之间能量分布的“景观”，甚至在单个神经元内。

他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

长期以来，科学家们一直对与人体能量代谢有关的问题感兴趣，从能量如何以生化方式产生到能量如何分布在整个生物体（包括大脑）中。在过去的研究中，功能性MRI等神经影像技术揭示了大脑中的能量分布会发生变化，以适应大脑的不同活动状态，而这些活动状态是思维和认知的基础。但这些技术缺乏了解能量代谢如何在神经系统中的单个细胞内分布所需的细胞分辨率。

“众所周知，能量的产生并不是均匀地分布在整个大脑中，但它究竟发生在哪里？它的分布如何影响神经系统的功能？“耶鲁大学医学院神经科学博士后、该研究的主要作者Aaron Wolfe说。“这些是推动这项工作的问题。

为了回答这些问题，由沃尔夫和多利斯·麦康奈尔·杜伯格神经科学和细胞生物学教授、共同通讯作者丹尼尔·科隆·拉莫斯（Daniel Colón-Ramos）领导的耶鲁大学团队使用一种名为HYlight的生物传感器来研究 不同条件下秀丽隐杆线虫 单个神经元内的代谢活动。

该生物传感器最初是由理查德·古德曼（Richard Goodman）领导的一个研究小组开发的，理查德·古德曼（Richard Goodman）是Vollum研究所的前教员，现在是Colón-Ramos实验室的副研究科学家。

研究人员发现，能量在特定细胞中分布不同，并映射到单个神经元的身份上。他们说，这种不均的分布形成了“能量景观”，可能会塑造信息如何流经神经元，并可能影响行为。

“能量是赋予生命活力的力量。在神经系统的背景下，它激发了思想和行为，“科隆-拉莫斯说。“能量是通过特定的代谢反应产生的，我们现在可以在活体动物身上追踪。

“可视化这种能量代谢使我们能够了解它的分布如何限制神经系统的功能，在健康，疾病和衰老中。

Wolfe补充道：“通过了解细胞水平的能量产生，我们可以帮助准确确定如何出现可能损害神经元功能的缺陷。

例如，他说，研究人员发现能量不仅分布在不同的细胞中，而且还分布在细胞的隔室内。

“在神经元中，我们的研究结果表明，这种分布发生在突触附近，突触是神经元用来相互交流的结构，“沃尔夫说。“突触连接的地图存在，现在我们可以制作新的地图，用于动物执行行为时的能量分布。