为什么会口渴？你的大脑如何告诉你去寻找水?

作者：Michelle Frank

来源：微信公众号：丘脑大叔（ID：RoseVorchid）

你肯定经历过口渴的感觉：喉咙后面有点轻微瘙痒，有一种分散你注意力的冲动，让你从正在做的事情上离开，去找点喝的。它驱使你在炎热的天气里大口大口地喝水，在吃饭的时候也要喝点。我们对水的需求就像我们对食物和氧气的需求一样无处不在、至关重要——它是保持我们身体正常工作的重要一环。当我们感到口渴时，想要拿起饮料的渴望可能是直觉，但我们的身体依靠一套复杂的生物过程来确保我们保持适当的水分，因为摄入过多或过少的水都会导致问题。

# 是什么让我们感到口渴?

当你的身体开始缺水时，会发生一系列变化:首先，你的血容量减少，导致血压变化。因为当液体的体积减少时，你体内的盐和其他矿物质的含量保持不变，它们的相对浓度就会增加(同样数量的颗粒在更小的体积中意味着颗粒的浓度更高)。体液中颗粒的浓度相对于液体总量被称为渗透压，它需要保持在一个狭窄的范围内，以保持身体细胞的正常运作。你的身体也需要稳定的液体供应来运输营养物质，消除废物，润滑和缓冲关节。在某种程度上，身体可以通过改变心率和血压以及调整肾脏功能来保留更多的水来补偿水分的消耗。然而，对你来说，身体水分不足最明显的迹象可能是口渴的感觉，因为你越来越觉得你需要喝一些水。

那么，你的身体是如何知道这些反应是必要的，它们又是如何在这么多不同的器官系统中协调一致的呢?科学家们仍在试图揭示这一过程是如何运作的，但过去几十年的研究表明，大脑中一个高度专门化的部分，即终板(lamina terminalis)，负责指导许多这些口渴反应(图1)。终板层中的脑细胞可以感知身体何时缺水，以及你最近是否喝过什么。当研究人员操纵这个大脑区域时，他们也可以驱使动物寻找或避开水，而不管动物的水分含量有多高。

图1:控制口渴的大脑区域。终板层(黄色)是一系列相互连接的大脑结构，作为控制体内液体水平的中心枢纽。终板层的一些细胞毗邻脑内充满液体的大腔室，称为脑室(蓝色)。当身体开始缺水时，体液的成分(包括脑室中的液体)开始发生变化。靠近脑室的终板层神经元可以感知脑室液体的变化，从而大致了解身体是否有足够的水分。这些神经元还接收来自大脑其他部分的信息，从而更全面地了解人体对水的需求。

终板位于大脑前部，位于第三脑室储液池下方的主要位置。与大脑的其他部分不同，终板层中的许多细胞不受血脑屏障的保护。这道屏障可以防止血液和其他液体中的许多循环因子与大脑细胞相互作用，为大脑提供保护，抵御某些潜在的危险入侵者，如某些细菌、病毒和毒素。然而，血脑屏障也切断了大脑与许多循环信号的联系，这些信号可能包含有关身体整体状况的有用信息。由于终板中的某些细胞位于血脑屏障之外，这些细胞也可以与第三脑室中的液体相互作用，以密切关注指示身体是否需要更多或更少水的因素。特别是，这些细胞可以监测心室内的液体，以确定其渗透压和钠的含量。

当大脑的其他部分检测到与了解身体水分需求相关的信息时，它们也经常将其传递给终板层(图2)。通过这种方式，终板层还收集血压、血容量以及你最近是否吃过东西(甚至在食物引起循环盐或水水平变化之前)等信息，你的身体试图通过鼓励你每次吃东西时喝水来保持这些因素之间的平衡)。来自大脑中控制生物钟的部分的信息也被转发到终板层，鼓励动物在睡觉前喝更多的水，以避免在长时间的睡眠中出现脱水现象。总的来说，这些信息为终板提供了所需的资源，使其能够判断身体是否需要更多或更少的水。反过来，终板的细胞会投射到大脑的许多其他区域，发出它们对当前水需求的判断。尽管科学家们仍在试图弄清来自终板的信息如何影响其他大脑区域，但很明显，这种输出可以影响动物寻找水的动机，以及肾功能和心率等生理因素（图2）。

图2:口渴信号及其影响。终板层的神经元接收到许多关于身体需水量的不同信息。由于它们位于大脑中靠近心室的位置，它们可以直接感知水需求的关键指标，如钠水平和渗透压(盐颗粒与一定数量液体的比例)。他们还从大脑的另一个区域接收一天中的时间信息，以及从口腔和肾脏接收的线索。终板层的神经元可以汇集所有这些信息来决定身体是需要更多还是更少的水。如果它需要更多，它们会引发口渴和食欲抑制的感觉。如果需要更少，大脑会发出信号告诉你停止饮水。终板还向大脑的下丘脑区域发送信息。反过来，下丘脑可以影响心率或促使肾脏保留更多或更少的水分。

# 是什么让水如此清爽?

在炎热的太阳下站一会儿后，喝一杯凉水往往会让人立刻感到清爽。你可能还会发现，喝含糖非常高的饮料同样会让你感到清爽，但之后会让你再次感到口渴。在这两种情况下，这种饮料都需要几十分钟才能对渗透压或血压等指标产生任何影响，这些指标是人体水合状态的主要指标。相反，大脑必须依赖其他线索来告诉你停止饮水，并给你立即恢复的感觉。

一条线索来自于一项发现，终板的神经元实际上对吞咽液体的物理行为做出了反应，甚至在血液中的水量发生任何变化之前。加州大学旧金山分校扎克·奈特实验室的研究人员在终板层中发现了一组神经元，它们的活动是饮水行为所必需的：当你人为地关闭这些细胞的活动时，老鼠就不再喝水了，即使它们缺水。当研究人员记录动物喝水时这些细胞的活动时，他们发现细胞的活动随着每一口水的减少而同步下降，远远早于血压或渗透压的任何生理变化产生影响。他们还发现，这种活动的变化只发生在老鼠喝水的时候，而不是在它们喝盐溶液的时候。这项研究表明，我们的大脑有一种内在的机制，可以比较我们需要多少水和我们现在喝了多少水，告诉我们什么时候喝够了，让我们立即感到水分充足。尽管如此，科学家们还不知道大脑是如何区分水和其他液体的，也不知道为什么喝一些非水饮料也会让你立刻感到水分充足。

加州理工学院由Yuki Oka领导的另一组研究人员着手解决为什么我们在口渴的时候会觉得喝水很有好处的问题。神经科学家早就知道，大多数奖励信号是由一种叫做多巴胺的分子携带的。为了研究这种分子在饮水行为中的作用，Oka的团队使用了一种新的传感器，这种传感器在多巴胺存在时发光。通过将这种传感器植入老鼠的大脑，他们能够在老鼠执行任务时实时记录多巴胺水平(图3)。

图3:喝水是有益的。加州理工学院的Yuki Oka小组的研究人员进行了一项研究，以了解为什么动物觉得水是有益的。通过使用一种特殊的传感器，这种传感器在奖赏分子多巴胺存在的情况下会发光，他们可以看到哪种液体会导致多巴胺释放。他们记录到，当口渴的老鼠同时喝水和喝含盐溶液时，多巴胺的释放会大幅增加，这表明老鼠发现这两种液体都是有益的。然而，当研究人员给口渴的老鼠注射水时，他们发现多巴胺水平没有变化，尽管注射的水也会给口渴的老鼠补水。

这些研究人员观察了口渴的老鼠喝水和其他液体后的多巴胺水平。他们还记录了将水直接注入胃肠道系统后的多巴胺水平;这个过程给口渴的动物补水，但这意味着老鼠实际上并没有喝水。Oka的研究小组发现，口渴的老鼠在喝水或生理盐水后多巴胺水平大幅上升，这些多巴胺的变化甚至在喝水对血液水平产生任何影响之前就发生了。相比之下，当水被泵入胃系统后，这些动物并没有释放任何多巴胺，这表明是喝水本身的行为产生了奖励，而不是喝水的感觉。这种效应也开始解释为什么喝水以外的饮料会如此令人满意，即使它们会让你稍后感到口渴:当动物口渴时，喝液体产生的多巴胺峰值并不取决于它们喝的是哪种液体，即使不是所有的液体都具有同样的补水效果。

这两项研究强调了大脑用来监测像水这样的基本营养物质的不同策略；因为没有一个单一的传感器可以统计当前的水位并预测未来的水需求，大脑依赖于无数互补的感觉和线索。随着研究人员越来越接近揭开口渴之谜，他们肯定会发现更多神经系统解释我们对水的天生需求的方式。

参考链接：

https://sitn.hms.harvard.edu/flash/2019/neuroscience-thirst-brain-tells-look-water/

作者简介：Michelle Frank is a PhD Candidate in Neurobiology at Harvard Medical School.Jovana Andrejevic is a fourth-year Applied Physics Ph.D. student in the School of Engineering and Applied Sciences at Harvard University.本文转载自微信公众号：丘脑大叔（ID：RoseVorchid），主要关注脑，偶尔吐吐嘈。