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本文参加#科学了不起#系列征文赛。
心脏，是我们人体的发动机，它昼夜不停地工作，把血液输送到身体各处，为一切生理机能源源不断地提供能量。这台发动机的正常功能，是由我们身体的指挥中心——大脑——通过错综复杂的神经网络来维持的。当这些神经网络无法正常传送信息时，就会导致心脏病发作、心源性猝死等问题。
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然而，我们的心脏还有一个附加的安全层，心内神经系统（ICN），这个被称为心脏的“小大脑”的神经系统，用于监测和纠正心脏与大脑通讯过程中的任何局部干扰。ICN对心脏健康至关重要，甚至可以在心脏病发作时保护心肌。但很长一段时间以来，科学家们目前还不清楚ICN是如何发挥这些作用的，因为他们对ICN的的组织结构还不清楚。没有人知道它们在心脏中的位置，它们是如何相互连接的，以及它们的分子特性是什么。
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在5月26日发表在《科学》（Science）杂志上的一项突破性的研究中，托马斯杰斐逊大学的研究人员能够以前所未有的细节回答这些问题。
“ICN在我们的理解中存在一个很大的空白，介于神经学和心脏病学之间，”该研究的联合资深作者詹姆斯·施瓦伯博士（JamesSchwaber,Ph.D.）说，我们的目标是通过提供ICN的解剖结构来弥合这一鸿沟。研究小组创造了心脏神经系统的第一个大鼠的高分辨率三维全面路线图，世界上的其他科学家可以参考该路线图，以解决ICN中不同神经元的功能、生理学和连接性等一系列问题。
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这项研究利用了来自不同研究小组和行业合作伙伴的技术和专业知识，最终形成了一条双途径管道。其中一种方法涉及一种叫做刀口扫描显微镜（KSEM）的新成像技术，该技术允许研究人员建立整个啮齿动物心脏的精确三维模型，这是该技术首次用于心脏研究。第二种方法是利用激光捕获显微切割技术对单个神经元进行表达分析，并在心脏的三维结构中绘制它们各自的位置图。
三维图揭示了迄今未知的ICN复杂性。研究人员发现，组成ICN的神经元分布在心脏底部的一个连贯的簇带中，心脏的静脉和动脉在这里进出，但也沿着心脏后部的左心房延伸。它们靠近某些关键的心脏结构，比如窦房结。
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“我们知道窦房结在创造心率或速度方面很重要，”研究人员说，“看到周围神经元的聚集是我们一直怀疑但从未确定的事情。看到ICN功能的物理证据和神经元的精确分布与心脏解剖结构的关系真的很有趣。”
对单个神经元的基因表达分析也指出了先前未知的分子特性或表型多样性。研究人员发现有几种不同类型的神经调节剂和受体存在，这意味着，我们的心脏中不仅有能关闭和开启活动的神经元，还有能微调ICN活动的神经元。
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在比较雄性和雌性大鼠心脏时，研究人员还发现，神经元在空间和基因表达上的组织方式存在性别差异。这可以帮助我们解释男性和女性心脏病的一些差异。研究人员现在正试图建立一个猪心脏内部神经系统的三维模型，这个模型在解剖学上甚至可以与人类心脏相媲美，以进一步探讨这些问题。
这个项目是美国国立卫生研究院（NIH）的一个名为“刺激外周活动以缓解病情”的研究项目的一部分，该项目旨在促进开发调节神经电活动以改善器官功能的治疗设备。大约30年前，有研究表明迷走神经等周围神经对心脏等器官的健康至关重要，刺激它们甚至可以治愈疾病，但这些研究无法告诉我们刺激的次数、频率和位置是有益还是有害的。
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“现在我们知道了神经元相对于心脏结构的位置，我们可以问这样的问题：在一个位置刺激，甚至选择性地刺激特定的神经元是否会产生影响？”研究人员说。他们创建的管道现在正被SPARC研究计划中的其他小组使用。它是高度可复制的，现在可供其他器官系统不仅绘制神经元的三维图，而且还可以绘制其他微观结构的三维图。
研究小组的最终目标是绘制出人类心脏的全面三维图，这无论在维持健康方面还是在治愈疾病方面，都能为未来的研究提供了无限的可能性。
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