一种新型传感器可以实时监测血清素水平
5-羟色胺具有“摇滚明星"的地位，是人类已知的最著名的神经递质之一.科学家和非专业人士都认识到5-羟色胺在人类认知和心理健康中的重要作用.尽管如此，尽管在过去的一个世纪中无数研究的焦点，但5-羟色胺仍然令人惊讶地神秘.
5-羟色胺和SSRI的简要历史和时间表
科学家于1937年首次发现5-羟色胺，并于1948年将其结构鉴定为5-HT.研究人员在1970年代初首次将5-羟色胺与抑郁症状联系起来. 1987年，第一种选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(SSRI)被FDA批准用于治疗抑郁症，并在美国以Prozac品牌出售. (礼来公司的Sarafem品牌氟西汀是同一药物.)
世界上第一种SSRI抗抑郁药(盐酸氟西汀)上市后不久就被炒作“泡罩包装中的幸福".百忧解的专利所有人(礼来(Eli Lilly))花了数十年的时间开发这种所谓的“神奇药"，并通过战略性营销活动和媒体轰动在消费者中长期保持着很高的期望.
在1998年的销售高峰时，百忧解创造了28亿美元的收入.自2001年礼来公司的专利到期以来，氟西汀已被其他制药公司广泛用作非专利药.
不幸的是，尽管它是地球上使用最广泛的抗抑郁药，但我们现在有证据表明，约有30％的重度抑郁症患者对基于氟西汀的SSRI无效(Rush等，2006).
百万美元的问题:SSRI仅抑制5-羟色胺的再摄取吗?
假设地，SSRIs通过阻断5-羟色胺转运蛋白(SERT)功能来增加大脑中5-羟色胺的水平，从而抑制了5-HT的再摄取.但是，关于SSRI在大脑中如何工作的基本理论尚有争议.
在2000年代初期，对大鼠的研究(Malberg等，2000)表明，慢性抗抑郁药治疗与海马中成年神经发生的增加有关.在小鼠中的其他研究(Zhou等，2005)发现SSRIs影响5-羟色胺和多巴胺转运蛋白.另一项针对小鼠的研究(Baudry等人，2016)发现，SSRIs通过microRNA-16(miR-16)靶向血清素转运蛋白，其方式也影响去甲肾上腺素能神经元.
近年来，无数的研究试图精确地确定SSRIs在大脑中的工作方式，以及低水平的血清素实际上在抑郁症的病理生理中所起的作用. (请参阅“为什么SSRI需要大约14天才能踢进去.")
现在，由于人工智能(AI)的进步，科学家们开发了一种新型的高度敏感的5-羟色胺传感器，使我们对如何以及何时在大脑中释放这种神秘的神经递质有了新的认识.
iSeroSnFR传感器实时监控大脑的血清素水平
本月，一组研究人员宣布他们已经创建了一种传感器，该传感器具有“在恐惧调节，社交互动和睡眠/觉醒过渡过程中检测行为自由的小鼠中血清素释放的能力".这些发现(Unger等，2020)于12月16日发表在《细胞》杂志上.
这种新的血清素传感器(iSeroSnFR)是在机器学习算法的帮助下设计的.与当前用于测量大脑血清素水平的方法不同，最初的发现表明，这种新传感器可以“可靠地检测大脑中不同水平的血清素，而对其他神经递质或类似形状的药物几乎没有反应."
iSeroSnFR传感器捕获到一些5-HT时会发荧光，并可以实时监控大脑的血清素水平.在陪替氏培养皿中进行的实验表明，该传感器可以有效监视由常用抗抑郁药以及其他非法药物(如MDMA，可卡因)触发的血清素水平变化.
值得注意的是，Unger等人在小鼠中进行的其他实验.结果表明，iSeroSnFR传感器可以监测生命体(体内)中5-羟色胺自然发生的神经传递.
例如，研究人员观察到睡眠中的老鼠醒来时血清素水平升高，而入睡时血清素下降.当小鼠进入快速眼动(REM)睡眠状态时，观察到5-羟色胺的下降更为显着.根据最近的新闻发布，“传统的5-羟色胺监测方法会错过这些变化."
此外，研究人员指出了当通过两个不同的大脑回路触发恐惧时，血清素水平如何以不同的速率上升:在内侧前额叶皮层回路中，恐惧导致血清素水平飙升，而基于恐惧的基底外侧杏仁核回路激活引起了血清素水平缓慢上升.
这项研究部分由美国国立卫生研究院的大脑研究通过推进创新神经技术(BRAIN)计划资助.为了符合该计划的协作精神，研究人员计划将其新的5-羟色胺传感器提供给其他科学家的实验.根据新闻稿，“他们希望[该传感器]能够帮助研究人员更好地了解5-羟色胺在我们的日常生活和许多精神疾病中的关键作用."
参考
Elizabeth K. Unger，Jacob P. Keller，Michael Altermatt，梁如强，松井彩，春阳Dong，Olivia J.Hon，Zi Yao，Sunjunqing，Samba Banala，Meghan E.Flanigan，David A.Jaffe，Samantha Hartanto，Jane Carlen，Grace O.Mizuno，Phillip M.Borden，Amol V.Shivange，Lindsay P.卡梅伦，史蒂芬·辛宁，苏珊娜·安德希尔，大卫·E·奥尔森，苏珊·G·阿马拉，邓肯·邓普·朗，加里·鲁德尼克，乔纳森·马文，卢克·D·拉维斯，亨利·A·莱斯特，维罗妮卡·A·阿尔瓦雷斯，安德鲁·J. Fisher，Jennifer A.Prescher，Thomas L.Kash，Vladimir Yarov-Yarovoy，Viviana Gradinaru，Loren L.Looger，Lin Tian. “通过机器学习指导选择性和敏感的5-羟色胺传感器的进化." Cell (首次发布:2020年12月16日)DOI:10.1016/j.cell.2020.11.040
