在您上一顿饭之前，您可能感到一阵饥饿，这是进食的信号。也许您突然渴望吃意大利菜或其他菜系。这些提示并非凭空而来——它们是大脑中一个杏仁大小的区域——下丘脑——在起作用。这个大脑区域，尽管尺寸微小，但在维持我们的生命方面承担着巨大的任务。
下丘脑被昵称为“总开关”，它在后台默默工作，确保我们的身体处于最佳状态。正如许多背景演员常常被忽视一样，它在科学界的作用也常常被视为理所当然。“下丘脑是一个非常被低估的区域，”纽约大学格罗斯曼医学院神经科学与生理学系教授林黛玉（Dayu Lin）说。她看到人们对这个大脑区域的研究兴趣减弱，有些人甚至认为它不如涉及高级和复杂认知能力的区域有趣。
但关于下丘脑，我们仍有许多未解之谜，正如《Science》杂志今天发表的一系列四篇综述文章所揭示的那样。先进的技术为研究这个小脑区域开辟了新的途径，重新定义了它旧有的角色，并发现了先前未知的角色。
身体的调节器
下丘脑控制着多种重要过程。它与脑垂体协同工作，负责所有激素的产生。它还参与控制体温、血压、心率、食欲以及我们生理的其他部分。
“下丘脑被认为是中枢神经系统控制身体激素活动以及多种认知、情感和行为状态的一个组成部分，”乔治城大学医学中心（Georgetown University Medical Center）Pellegrino神经病学教授詹姆斯·焦尔达诺（James Giordano）说，他未参与当前的研究。“
第一个新论文显示，复杂的结构和回路赋予了下丘脑对多种身体过程广泛的影响。下丘脑被划分为称为“核团”的细胞体簇，具有相互交叉的通路，有助于它在自身内部以及与外部其他大脑区域进行交流和协调活动。焦尔达诺补充说：“下丘脑的功能对大脑的整合活动至关重要，从这个意义上说，它对于定义身体与大脑、大脑与身体活动的完整性非常重要。”
直到现在，科学资源的缺乏阻碍了研究人员理解这些细胞的功能。林博士，她也是关于下丘脑在社会行为中作用的另一篇论文的合著者，她说，在不破坏细胞间通信的情况下，很难研究这个区域内部发生的事情。过去的研究依赖于特定下丘脑区域有病变的动物，但这并不能完全展现被移除的细胞如何与该区域的其余部分相互作用。
2009年发明的单细胞RNA测序是一种实验室技术，它允许科学家分析单个细胞的遗传信息，这有助于更好地解析赋予下丘脑细胞簇多样功能的回路。在最近的工作中，研究人员根据对下丘脑的细胞亚型进行了测绘。接下来的挑战将是弄清楚为什么某些细胞类型会聚集在一起，以及这些团块如何控制不同的行为。
这并不是这些科学家使用的唯一新工具。另一项新的研究技术，光遗传学，允许神经科学家使用光来监测脑细胞活动。第三项，逆向追踪，利用病毒追踪从突触一直到细胞体的神经连接，这有助于识别前所未见的回路。未来，这些技术可能会揭示下丘脑在调节包括疼痛反应和焦虑在内的行为中的其他作用。与此同时，研究作者推测，下丘脑直接连接到肠道微生物组，这意味着这个大脑区域将负责肠道细菌的影响以及血清素和其他参与调节食物的激素。
睡眠、社交和目标
其他三篇论文重点介绍了这个大脑控制器的几个主要功能。例如，睡眠由充当休息和清醒之间“开关”的特定神经元控制。但这并非它们唯一的目的。睡眠-觉醒细胞同样参与下丘脑的其他活动，例如控制能量代谢和核心体温。
斯坦福大学精神病学和行为科学教授、这篇新综述文章的作者之一路易斯·德·莱西亚（Luis de Lecea）说：“我们的手稿强调，下丘脑中的大多数神经回路都具有多种功能，并且它们是相互连接的。“睡眠也与几乎所有大脑功能相互交织，睡眠不足会影响我们健康的许多方面，包括衰老和神经退化。”
另一篇综述文章侧重于下丘脑如何促进我们生存必需品（如食物和水）的动力。为了引导我们实现这些目标，下丘脑会组织其神经回路，与腹侧被盖区（大脑中与奖励过程相关的区域）协同工作。光遗传学刺激已显示，下丘脑会向腹侧被盖区发送信息，以增强或抑制动机，这可以解释寻找食物的行为。
它还影响我们与他人互动的方式，涉及一系列社会行为。这些行为可能包括友好和亲子互动，或攻击性或性行为。林博士是这篇论文的合著者，她说：“这些行为对动物在群体中生存和繁衍至关重要。下丘脑对于调节这些日常互动至关重要。”
在这项研究中，林博士提出了下丘脑和脑干-脊髓之间的双重控制系统。当一个人发现想与之互动的人时，下丘脑会激活多巴胺系统——多巴胺对运动和奖励很重要——以维持社交兴趣并强化其他符合社会规范的行为。然后，脑干-脊髓回路会接收这些信息，并利用它们来指导有利的社会反应和行动。
从实验动物到人类健康
在研究下丘脑的来龙去脉方面，大部分工作都是在动物身上进行的。林博士说，转基因小鼠——用于研究生物过程和人类疾病的基因改造动物——使得科学家更容易检查下丘脑的特定区域，而无需对任何生物进行麻醉。这对于研究群体行为尤其有用，因为动物需要自由活动才能激活其社会大脑回路。
尽管这些研究起源于动物，但关于下丘脑的新信息已经被用于制定人类的治疗方案。例如，目前正致力于利用深部脑刺激技术来靶向丘脑后部，以预防或减少攻击性。靶向丘脑特定回路以阻止失眠和成瘾等其他问题也具有潜力。林博士预测，在未来10年内，我们将听到更多关于靶向丘脑治疗令人烦恼的行为的临床试验的新闻。
