不久前，西湖大學賈潔敏團隊在Nature Neuroscience期刊上發表題為Synaptic-like transmission between neural axons and arteriolar smooth muscle cells drives cerebral neurovascular coupling的研究論文，該研究證實單個谷氨酸能神經元軸突通過神經-小動脈平滑肌細胞(arteriolar smooth muscle cells, aSMCs)連接之間的突觸樣傳遞來擴張其支配的小動脈。這一發現揭示了神經元與腦血管直接對話的一座“新橋梁”，也為理解腦血流的快速和精準調控提供了一個全新的認知。

沖破歷史研究，為腦血流調節機制提供全新認知

血液供應為大腦中的神經計算提供能量，計算活動的波動會在數秒內引起局部腦血流(cerebral blood flow, CBF) 的相應變化，這一現象稱為神經血管耦合(Neurovascular coupling, NVC)。NVC功能受損，可導致腦微循環缺血缺氧，影響局部神經信號傳導，引起并加重腦小血管疾病，甚至造成認知功能障礙、癡呆等。

由于大腦的代謝神經元活化是需要能量的，且本身不能儲存能量，所以這些能量主要來源于血液供給。張冬冬博士說道，“既然血液供給對于大腦活動如此重要，那么神經元活化后是如何將信息傳遞給血流的？”這成為了研究團隊進行實驗探索的出發點。

事實上，雖然神經元活化對血流的調控機制已經有130多年的研究歷史，但是對相關機制的探索研究目前仍處于探索階段。“神經元活化如何去調節腦血流？這個過程中傳遞了哪些信息？什么時候來傳遞這個信息？是否還存在已知調節機制之外的其他未知機制來調節血流呢？”張冬冬博士在談及實驗初衷時提到，“對于神經血管耦合，我們能做的還有很多。”

采用先進設備，用時間沉淀成果

為了探究大腦神經元活化調節血流的結構基礎，研究團隊利用了大體積三維掃描電鏡和光電聯合技術，通過三維掃描電鏡成像，解析出整個動脈以及動脈周圍腦組織其他細胞之間空間上的關聯。

科學探索，路漫漫而長遠。

張冬冬博士從2017年便開始了該項實驗研究，歷經6年時間才有了今天的成果。“結構決定功能”，而在對動脈與周圍血管組織、細胞間的結構探討這一過程中，他不禁感慨：“我們采集了近30個T的電鏡數據，并且還要再繼續分析重構腦組織、細胞超微結構以及血管結構。僅在這個過程，前前后后就花費了兩三年的時間，工作量特別大。”

在該項實驗中，終足對于穿支動脈的包裹率，是全世界首次進行解析。張冬冬博士介紹道，通過三維電鏡掃描，他們發現星形膠質細胞終足對穿支動脈的包裹率并不是100%，反而存在“漏洞”。血管周圍神經元軸突的子突觸前會穿過這些漏洞，直接與動脈血管形成物理連接。這一結構為神經元與血管之間的對話提供了一座前所未見的“新橋梁”。

在功能基礎驗證過程中，研究團隊用到了瑞沃德激光散斑血流成像系統，張冬冬博士表示，通過使用該儀器，能夠大范圍看腦血流的變化，從而發現了神經元軸突末端跟動脈循環細胞之間形成的連接，可以調節血流以及調節動脈的舒張。

“非常感謝瑞沃德激光散斑血流成像系統，這成為了我們實驗過程中探究生理功能上腦血流變化的一個非常重要的儀器，幫助到我們很多”。

除此之外，在研究團隊的實驗室中還能見到不少瑞沃德其他產品的身影，比如手術器械、腦立體定位儀、移動式呼吸麻醉等。“這些產品用下來感覺都很好”，張冬冬博士再一次對瑞沃德產品給予了認可，并對其中一些產品的優化方向也提出了寶貴建議。

不懼失敗，講究方法，科研是人生的一種選擇

2017年，那時的西湖大學叫做浙江西湖高等研究院，張冬冬博士是當時的第一批博士研究生。而在這之前，他在碩士時期的研究方向是中風，這和當時西湖大學生科院里五位PI中賈老師的研究方向最匹配，考慮到將來的研究方向和個人發展，他順利地加入了賈老師課題組。

“當時加入，賈老師并沒有要求我要待幾年，而是和我強調博士期間你有了什么樣的科學發現，你能解決什么科學問題，你能給領域甚至是社會帶來什么價值，這些才是最重要的。”

張冬冬博士深受賈老師啟蒙。“所以，就這樣，我成為了賈老師的第一個學生。”

科研需要投入大量時間、經歷去進行一些重復性的工作熱情，需要保持足夠的興趣，高度的專注，才能有所收獲。張冬冬博士內心也早已明確自己選擇科研，堅持讀博是為了享受科學探究帶來的快樂。“原本博士三年我就可以發一篇文章然后順利畢業，但我依然選擇堅持做到5年，至今7年。正如賈老師當時所言，相比博士畢業，博士期間研究的課題有什么樣的意義才更重要。”

說來，還是內在驅動力，讓張冬冬博士自始至終都堅定信念，對科研路上的困難和挑戰甘之如飴。

“從事科研，首先你要問自己為什么要做科研，是否對它感興趣。”張冬冬博士并不屈于日復一日重復枯燥的實驗與工作，而探索未知，滿足好奇心正是他覺得科研充滿樂趣所在。“其次，科學實驗必定存在著失敗，你抱著什么樣的心態面對失敗這很重要,一定要有一種在失敗中站起來的勇氣。”科研路上，勇于面對失敗，才能走向真正的成功。

由于張冬冬博士是賈老師的第一個學生，加上那時的西湖大學很多平臺都還沒有建立起來，所以大部分實驗都是他自己在進行探索。提及當時一些陌生的實驗手段和技術，他也非常感謝專業人員給予的幫助。“遇到困難時，很重要的一點，就是一定要學會向一些領域內的專家虛心請教。即便你是從零開始，也會更有利于你去解決一些問題。”對于如何克服實驗過程中的失敗與困難，張冬冬博士也和我們分享著他自己的經驗。

經過時間的沉淀和個人的努力付出，張冬冬博士在自己的研究領域下也有了不少收獲，對于從事科研有著自己的見解。當被問及目前血管神經耦合領域比較有潛力的研究方向，他繼續和我們分享。

神經血管耦合機制有著漫長的130多年的研究歷史，在這期間，大家一直在問同一個問題——神經元是如何調節神經血管耦合的機制。“但更深層次之下，神經元耦合除了調節能量的代謝之外，它是否具備調節一些其他生理行為的功能？這是一個非常有意思的研究方向。”“神經元活化可以調節血流，那么反之，血流的改變是否可以調節神經元的一些功能呢？這也是賈老師課題組關注的另一個有意思的方向。”

科研之路，道阻且長，唯行則將至。期待張冬冬博士在自己專注的領域繼續發光發熱，為行業乃至社會帶來更大的價值。

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