纽卡斯尔大学神经环路实验室的科学家联合瑞士洛桑联邦理工学院蓝脑计划及西班牙顶尖研究机构，发表了这项具有里程碑意义的研究，从根本上推进了对脑内化学信使——乙酰胆碱、多巴胺和血清素（即神经调节剂）的理解。
发表在《PLOS计算生物学》期刊的研究成果，将尖端实验测量与迄今最详尽的脑部计算模型相结合，首次精确揭示了乙酰胆碱、多巴胺和血清素如何同步塑造发育中大脑数万个神经元的电活动。
神经环路实验室负责人、纽卡斯尔大学生科研究所高级研究员斯里坎特·拉马斯瓦米博士表示："理解脑内化学系统如何调控意识、睡眠和注意力，是神经科学数十年来的核心挑战。我们的工作建立了将这些系统的解剖结构与功能影响相联系的严谨量化框架，并为该领域生成了全新且可验证的预测。"
绘制脑化学蓝图
研究团队首次以空前精度绘制了神经调节纤维的密度与空间分布图谱——这些微观"线路"负责传递化学信号——覆盖大鼠体感皮层的所有层次。
通过尖端免疫细胞化学染色和体视学技术，研究者发现胆碱能（乙酰胆碱）系统是主导性神经调节系统，其纤维曲张体密度达血清素系统的2.3倍。
这些精细解剖测量数据被整合至皮层生物物理计算模型中，使团队得以首次模拟三种化学系统激活如何改变完整皮层微环路的节律性电活动。
关键发现包括：
- 乙酰胆碱强力抑制慢脑波（与深睡相关的δ波），这与其促进觉醒和注意力的经典作用一致。模拟结果表明，该效应更可能源于突触到突触的精准信号传递，而非扩散性"容积"释放——解决了该领域长期争议。
- 多巴胺和血清素同样使皮层活动去同步化，抑制感觉脑区的慢振荡——此前学界低估了这两种神经调节剂在前额叶皮层之外的作用。
- 血清素独特地诱导更快的θ振荡，揭示其在感觉处理中此前未被认知的作用，这对理解血清素靶向抗抑郁药的治疗机制具有潜在意义。
- 多巴胺具有最广泛的解剖影响，同时支配所有皮层层级的兴奋性和抑制性神经元，表明其在调控整体网络状态中的深远作用。
研究团队已通过开放获取数据库向全球研究社区免费共享全部实验数据与完整生物物理计算模型，使科学家能在论文发表后立即基于此开展延伸研究。
治疗前景与跨领域启示
神经调节系统（尤其是乙酰胆碱、多巴胺和血清素）的紊乱，是阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症和精神分裂症等最普遍且致残性神经精神疾病的根源。本研究通过提供神经元与环路层面的量化操作图景，为开发更精准有效的治疗策略奠定关键基础。
该成果也直接推动脑启发人工智能领域发展，为下一代神经形态计算与AI架构提供了可转化的神经调节量化原则。
参考文献：
Colangelo C, Muñoz A, Antonietti A, Sood V, Antón-Fernández A, Herttuainen J, Romani A, DeFelipe J, Ramaswamy S. (2026). 定量解剖与生物物理建模：发育大鼠新皮层上行神经调节系统. PLOS计算生物学 22(6): e1014460.
开放获取数据与代码：
图像说明
该图展示：通过模拟皮层组织单柱的垂直切片，基于真实解剖与生理数据重建。每根线状结构代表神经调节纤维——脑内三大"化学信使"系统（乙酰胆碱、多巴胺和血清素）伸入皮层的分支细丝。沿纤维分布的彩色点标记曲张体，即向周围神经元释放化学物质的特化释放点，塑造脑环路行为。
图像呈现皮层的分层结构：柱体顶端纤维在暖色调绿金区域密集聚集，深层则渐变为蓝、洋红，基底处转为稀疏暗色——精准反映各神经调节系统在新皮层六层中的非均匀分布。此可视化成果基于数千个数字重建的神经元与纤维，构成大规模计算机模型的解剖学基础，用于模拟神经调节信号如何塑造脑活动模式，包括与睡眠、觉醒和注意力相关的节律。
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