大脑中的温度变化影响神经元活动

去年夏天，毁灭性的野火在西伯利亚、阿拉斯加和加拿大的冰冻地区肆虐。它们的部分原因是全球气温上升，这加速了土壤中细菌代谢植物和动物物质的能力。

这些环境现象证明了物理学的基本原理——温度是化学反应的主要组成部分之一，即使看似微小的变化也可能导致灾难性的影响。西伯利亚泥炭沼泽的加热速度快于它向大气中释放碳的速度，即使在零度以下的温度下，你的手也会着火。

研究人员现在知道，这种环境现象背后的物理学也适用于大脑活动。在发表在《神经工程杂志》上的一篇论文中，研究人员发现，在刺激大脑的同时，温度的小幅升高可以深刻地改变大脑活动，有时会产生负面影响。

耶鲁大学医学院神经外科全球健康副StevenSchiff医学博士专门研究工程与神经外科的交叉领域，这为他提供了将物理学原理应用于大脑生物过程的背景。

由于电线中的活动会产生热量，因此大脑的所有电刺激和磁刺激都会在大脑中沉积热能。Schiff和他的合著者推测，用于癫痫和帕金森氏病患者的电刺激大脑设备(例如深度脑刺激)一定会导致大脑温度变化。

大脑中的温度变化也会影响神经元的放电。排列在神经细胞膜上的是分子泵，它们用大脑活动期间释放的能量为细胞充电。

研究人员能够证明，如果细胞加热的速度快于电荷可以调节的速度，那么它们可能会产生比平时更多或更少的神经元活动。即使是由于大脑的电刺激引起的温度变化小于1oC，也可能导致神经元活动发生重大变化。当神经元变暖时，它们会变得沉默。让它们冷却到正常温度，它们会变得非常兴奋。

“看到温度的微小变化对大脑活动产生的这些显着影响意味着我们现在需要考虑到如此微小的温度变化，”该研究的第一作者希夫说。

“[物理学家詹姆斯]焦耳，很久以前就告诉我们，这个问题是无法解决的。如果你让电流通过细小的导线产生电场或磁场来刺激大脑，你就会在导线和导电的大脑中产生热量。”

这篇范式转换论文于2022年12月在华盛顿特区举行的美国癫痫学会会议上发表，受到了极大的关注。

这些温度变化如何影响患者以及如何利用它们来改善结果还有待观察。在临床环境中，外科医生之前已经观察到植入神经系统刺激器的一个常见副作用是受刺激大脑的活动通常会随着电刺激或磁刺激而降低。

该论文为这种现象指出了一个强有力的似是而非的原因。Schiff博士说，如果属实，这一发现可以帮助医生更准确地校准这些设备的使用。

密歇根大学神经病学和生物医学工程系副教授、医学博士WilliamStacey说：“这篇论文是结合不同身体行为模型重新审视一些‘旧标准’的真正杰作。”.

“将建模与巧妙的实验相结合，提供了非常有趣和意想不到的结果，即热量可能会抑制神经放电。也许这个模型还可以提供一些操纵神经活动的新方法。”

DanielM.Goldenholz，医学博士，哲学博士，哈佛大学癫痫学助理教授，最近发表了一篇关于为什么局部冷却对未来治疗局灶性癫痫很重要的论文的作者，他发现这些结果也很重要。

“我认为Schiff博士及其同事的工作强调了脑组织温度变化的重要性，并且可能与包括局灶性冷却在内的癫痫治疗相关。如果我们希望我们的疗法变得更加准确，就需要更好地理解和解释这些波动。我很高兴看到Schiff博士的结果在未来如何用于治疗癫痫发作和神经调节，”Goldenholz说。

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