在脑干深处有一小组神经细胞，它在大脑功能中扮演着重要角色。这个区域被称为蓝斑（locus coeruleus，LC），其名称源自拉丁语的“蓝色地方”。尽管它仅包含大脑神经元的一小部分，但它产生去甲肾上腺素（norepinephrine，NE），这是一种帮助调节注意力、学习、心率以及身体对压力和兴奋反应的化学信使。科学家们长期以来假设，LC像一个扬声器一样运行，在大脑中大致发送相同的去甲肾上腺素信号。然而，发表在《自然》杂志上的一项新研究挑战了这一理解。通过使用大脑成像、神经活动记录、遗传技术和小鼠的行为实验，艾伦研究所的研究人员发现，LC通过几条不同的通路进行通讯。它不仅发送一个一般消息，而是向特定目的地提供信号，不同的神经元组三分别对不同的经历作出反应。一个发送精确消息的隐藏大脑网络通过追踪LC神经元的连接，研究人员发现不同的细胞组与神经系统的特定区域进行通讯。这些通路决定了信号在哪里触发去甲肾上腺素的释放，形成一个比之前认为的更有组织的通讯网络。LC的上部（背侧）部分的神经元主要连接到大脑皮层和前脑。同时，下降（腹侧）部分的细胞主要将信号发送到脑干和脊髓。这一安排使LC的不同部分能够影响不同的大脑功能。艾伦研究所神经动力学主任、该研究的合著者卡雷尔·斯沃博达表示：“这些发现表明，大脑的去甲肾上腺素系统更像一个针对性邮政网络，而不是一个雾号。”为什么这项发现对大脑疾病至关重要了解这个信号网络是如何组织的，最终可能会改变某些神经和心理健康状况的治疗方式。去甲肾上腺素在调节注意力和情绪中起着重要作用，因此它成为用于治疗抑郁症、焦虑症和注意缺陷多动障碍（ADHD）的药物的重要目标。LC中的神经元也是阿尔茨海默病中最早退化的脑细胞之一，这表明新的发现可能对理解和治疗这些疾病有影响。目前影响去甲肾上腺素的治疗可能会同时影响多个大脑电路，有时在一个区域产生有益效果，而在其他地方引起不良效果。LC的专门通路的更清晰地图可能帮助科学家开发出在特定症状相关电路上更具选择性的治疗方法。这项研究得到了美国国立卫生研究院的“通过推进创新神经技术推进大脑研究”（Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies，简称 The BRAIN Initiative®）的支持。科学家们识别出参与学习的脑细胞研究人员还发现了不同LC神经元功能之间的重要区别。连接到皮层的背侧LC细胞在学习期间特别活跃。当小鼠执行决策任务并在不利结果后调整选择时，这些神经元的活动增加。腹侧LC的神经元则表现出不同的行为。它们的活动在小鼠忽略指示可能有奖励的信号之前短暂上升。这表明这些细胞帮助调节动物对周围环境机会的反应。斯沃博达表示：“显现出的一幅清晰地图：向上发送信号到皮层的背侧LC神经元涉及学习，而向下投射到脑干和脊髓的腹侧区域神经元则决定动物是否与其环境接触。” “我们还显示出这些解剖差异在不同的基因表达模式中得到了体现。”这些发现表明，这两组之间的差异超出了它们的位置和连接。它们在基因活动模式上也具有不同特征，反映出它们的专业角色。研究人员发现了一种创纪录的神经元这项研究涉及对小鼠大脑的广泛检查。科学家利用全脑成像研究了近35000个神经元，分析了近40万个细胞的基因谱，并重建了几种特别复杂的神经元的完整结构。在这个过程中，他们遇到了另一个显著发现：LC神经元具有极其长的轴突。这些突起将信号从神经细胞传递到其他细胞，使信息能够在神经系统中传播。研究人员发现，LC的轴突平均长度约为35厘米。