日本大型自然科学研究机构——理化学研究所（InstituteofPhysicalandChemicalResearch，简称理研或RIKEN）的一个神经科学研究团队，最近发现同步并连接大脑区域的“意识引导者”，他们的这一最新科学研究成果，题为：“屏状体协调大脑皮层慢波活动”的论文，发表在今天的《自然：神经科学》杂志上。
慢波，指在大脑活动最低、完全得到舒缓的睡眠和休息状态时，通常由脑电图（EEG）所记录的大脑电活动的典型脑电波，由于频率低、节奏慢，故称为慢波（Slow-Wave，简称SW）。该研究表明，慢波大脑活动是由屏状体控制的，通过慢波在大脑中活跃和安静状态的同步有助于引导与连接大脑区域意识。
该团队通过小鼠的大脑予以研究。在生物学和心理学领域的实验室研究中，小鼠是常见的实验动物。鼠脑常用于探索人脑的机理，主要是因为它们是哺乳动物，并且还因为它们与人类具有高度的同源性。
屏状体（Claustrum）是位于大脑的外囊和极外囊之间的一块厚为1-2毫米的扁平形灰质。虽然已知屏状体和大脑皮层有往复连接，但对屏状体的功能知之甚少。荣获诺贝尔生物学医学奖的神经科学家、佛朗西斯·克里克曾指出，屏状体与大脑皮层具有多区域双向连接，所以可能在意识的产生中起着重要作用。
长期以来，科学家们一直在寻找大脑的“控制室”，提出了各种假设，如牵涉到思维的前额叶皮层、变换注意力的扣带回前部、参与感觉情绪调控的深边缘系统、负责快感奖赏的基底核、参与视觉和听觉信息的加工的颞叶等。
日本理研所脑科学中心（CenterforBrainScience，简称CBS）的最新研究指出，屏状体区域很可能成为引人注目的大脑“控制室”的候选者。这种尚未认知的深层大脑结构是多种感官聚集在一起、注意力得到控制、并可能是产生意识的地方。屏状体作为协调大脑活动的枢纽。慢波大脑活动是睡眠和休息状态的特征，由屏状体控制。这些慢波使大脑大部分区域的安静和活跃状态同步。
论文第一作者、KimiyaNarikiyo说：“屏状体位于广泛的大脑网络的中心，覆盖了与认知加工有关的区域。”“它基本上到达了大脑的所有区域和所有类型的神经元，使其成为大脑活动的潜在协调者，”成为了同步并连接大脑区域的“意识引导者”、大脑活动的“控制室”。
脑科学中心负责人、吉原义弘（YoshihiroYoshihara）表示，这一研究成果实际上是意外发现的。他的实验室通常是研究嗅觉和弗洛蒙（pheromones）检测的，但他们偶然发现了基因工程改造的小鼠品系，该品系具有特定的脑细胞，仅在屏状体中存在。这些神经元可以使用光遗传学技术打开，也可以通过基因操作有选择地使其安静，从而能够研究一个庞大的由屏状体控制的神经网络。
他们从绘制屏状体的输入和输出开始，发现许多高级大脑区域将连接发送到屏状体，例如涉及感觉和运动控制的那些区域。屏状体的传出连接广泛分布在整个大脑中，到达大量的大脑区域，例如前额叶、视觉皮质、扣带皮层，皮层运动区、皮质岛叶和内嗅皮层等。
如上图所示的，屏状体神经元标记有突触素-GFP（以绿色表示的前突触）和WGA（以红色表示的突触区域）。所有神经元细胞体和树突均用抗MAP2染色（蓝色）。
研究人员通过光遗传学途径操纵屏状体神经元时发现的。光遗传学，英语：Optogenetics，融合光学与遗传学的技术，精准控制特定细胞在空间与时间上的活动。其时间精准程度可达到毫秒，空间上则能达到单一细胞大小。
研究发现，屏状体神经激发与许多接受来自屏状体的大脑输入区域的慢波活动密切相关。当他们通过光遗传学光刺激人为激活屏状体时，结果使大脑皮层的大脑活动消失，这种现象被称为“下行状态”（Downstate），这种现象可以在小鼠入睡或休息时看到。众所周知，上行与下行活动状态是通过从大脑前部向后方传播的慢速活动波在整个大脑皮层上同步的。吉原评论说：“慢波在睡眠中尤其重要，因为它促进了大脑中突触的稳态，并巩固前一个清醒时期的记忆。”
研究结果证明，屏状体对于产生这种慢波活动至关重要。遗传性地移除屏状体神经元显著地减少额叶皮层中的慢波。吉原表示：“我们认为，屏状体在慢波活动期间通过触发其向许多皮质区域的广泛输入，在触发向下状态中起着关键作用。”当这些区域随后进入上升状态并同步发射时，这起到“重放”记忆、在区域之间传输信息、以及巩固长期记忆的作用等“所有可能间接导致意识状态的功能”。“屏状体是全脑慢波活动的协调者，这令人感到兴奋，我们越来越接近将特定的大脑联系和行动与意识的终极难题联系起来。”
参考：Theclaustrumcoordinatescorticalslow-waveactivity.