Nature | 避孕药对大脑的影响：一位研究者自我扫描75次揭开谜团

生物探索

2024-10-21 16:35发布于江苏科学领域创作者

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划重点

01明尼苏达大学双城分校的神经科学家Carina Heller通过自我扫描，揭示了月经周期和口服避孕药对大脑形态和连接性的影响。

02Heller的研究结果显示，大脑在自然月经周期中经历显著的变化，而服用避孕药也会显著影响这些变化。

03通过密集采样方法，Heller能够记录大脑在自然周期中的节律性变化，以及在服用避孕药后的变化。

04此外，Heller的研究还发现，激素水平的变化与她自身的情绪波动存在一定的关联。

05未来，随着更多研究人员加入密集采样和自我实验的行列，我们有望获得更加全面的女性健康数据，为女性在避孕药等决策中做出更加科学和个性化的选择。

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引言

在神经科学领域，研究人员不断探索各种因素对大脑的影响，大脑如何受到外界因素的调控一直是一个充满挑战且引人入胜的研究课题。避孕药，作为一种广泛使用的药物，其对女性大脑的具体影响却长期被忽视。事实上，超过1.5亿生育年龄的女性服用避孕药，而这类药物对大脑形态和功能的潜在影响却鲜有深入研究。近日，来自明尼苏达大学双城分校的神经科学家Carina Heller通过自我扫描，揭示了月经周期和口服避孕药对大脑形态和连接性的影响。她的研究成果在今年的神经科学学会年会上公布，展示了避孕药对大脑的复杂作用机制。通过揭示避孕药对大脑的潜在影响，Heller的研究为女性健康领域提供了新视角，也为研究人员进一步探索激素与大脑功能之间的复杂关系提供了重要启示。（10月18日 Nature “How does the brain react to birth control? A researcher scanned herself 75 times to find out”）

自我实验：揭示月经周期与避孕药对大脑的影响

Heller的研究并非传统的实验设计，而是一项长达一年的自我实验。每天早上7:30，她准时进入大学的磁共振成像（MRI）扫描仪中，保持一个半小时的静止状态，尽量避免入睡。在这一年中，她累计进行了约75次脑部扫描，自认为成为科学界中“被扫描次数最多的女性”。

Heller的目标是记录她的大脑在自然月经周期中以及服用避孕药期间的变化。初步结果显示，大脑的形态（morphology）和连接性（connectivity）在自然周期中每天都在变化，而服用避孕药也会显著影响这些变化。Heller的研究为女性提供了更多的科学依据，帮助她们在是否选择服用避孕药时能够做出更加明智的决策。

这一研究表明，女性的大脑不仅在自然月经周期中经历显著的变化，且这种变化受到体内激素水平的调节。避孕药通过合成激素调控激素水平，影响大脑的形态和功能，这为长期以来关于激素对大脑影响的研究提供了新的视角。通过反复扫描，Heller能够追踪大脑的日常变化，而这在传统的神经成像研究中是难以实现的。这种实验设计使得她可以精确描绘大脑在不同激素状态下的变化，为理解避孕药对神经系统的影响提供了高分辨率的数据支持。

避孕药与大脑：长期被忽视的研究领域

避孕药通常含有合成的孕激素（progesterone）和雌激素（oestrogen），这两种激素通过多种机制阻止怀孕，包括抑制卵巢释放卵子。自1960年首款口服避孕药在美国获批以来，这类药物迅速普及，至今已有超过1.5亿生育年龄的女性使用避孕药，使其成为全球最常用的药物之一。

尽管大量数据表明避孕药在大多数情况下是安全的，但其对大脑的影响仍然缺乏深入研究。例如，有些女性在服用避孕药后感到抑郁和焦虑症状减轻，而另一些人却发现这些症状有所加重，这种差异的原因尚不清楚。由于许多女性在青春期（puberty）这一大脑发育的关键阶段就开始服用避孕药，了解避孕药对大脑发育的影响显得尤为重要。

此外，避孕药对大脑功能网络（functional brain networks）和情绪调节的具体机制仍然未知。现有的研究多为横断面研究（cross-sectional studies），难以揭示个体在不同激素水平下的动态变化。因此，密集采样（dense sampling）方法的应用为深入理解这些复杂机制提供了新的契机。通过高频率的自我扫描，Heller得以捕捉到大脑在激素水平波动下的精细变化，为理解激素对大脑和情绪的长期影响提供了独特的数据集。

大脑的适应性：深入了解月经周期的变化

大多数神经影像学（neuroimaging）研究使用MRI技术，对10至30名参与者进行一次或两次扫描。由于MRI成本高昂，这种方法难以捕捉大脑形态和连接性随时间的日常变化。Heller采用了一种称为“密集采样”的新方法，重复对少数参与者进行多次扫描，以构建高分辨率的数据集。

通过这种方法，Heller在自然月经周期的不同阶段对自己进行了25次扫描。几个月后，她开始服用避孕药，等待三个月以确保体内激素水平稳定，然后再进行了25次扫描。最后，她停止服药，等待三个月后再次完成了25次扫描。在每次扫描后，她还进行了血液采样和情绪调查。

这种密集采样的实验设计使Heller能够记录大脑在自然周期中的节律性变化，以及在服用避孕药后的变化。结果显示，在月经周期中，大脑体积和不同脑区之间的连接性呈现出节律性变化，而在服用避孕药期间，这些体积和连接性略有下降。这表明大脑在激素变化下具有较强的适应性。停止服药后，大脑的变化趋势基本恢复至原状态，这进一步证明了大脑的可塑性（plasticity）。

Heller还通过情绪调查发现，激素水平的变化与她自身的情绪波动存在一定的关联。这一发现提示，激素不仅影响大脑的物理结构，还可能对情绪调节和心理健康产生深远的影响。这些结果对于理解月经周期、避孕药以及更广泛的激素波动对大脑及情绪的影响具有重要意义。

Heller的研究显示，激素的变化对大脑功能的影响不仅体现在大脑结构上，还可能深刻影响心理和行为模式。通过追踪激素水平与情绪波动的关系，研究人员能够进一步揭示激素在情绪障碍（如抑郁和焦虑）中的潜在作用机制。这些发现有助于开发针对女性的个性化治疗策略，特别是针对那些在服用避孕药期间出现情绪波动的女性群体。

雌激素与大脑功能网络的影响

Heller的研究受到神经科学家Laura Pritschet的启发。Pritschet曾对自己的大脑进行了连续30天的扫描，分别记录自然月经周期和服用避孕药期间的变化。这项研究显示，高水平的雌激素可以使某些重要的大脑功能网络更加紧密地连接在一起，其中包括“默认模式网络”（default mode network），这一网络在白日梦（daydreaming）和记忆功能中起着关键作用。相反，孕激素则对这些连接产生相反的影响。

这些发现对于理解大脑在不同激素状态下的功能变化具有重要意义。默认模式网络在许多认知功能中扮演着核心角色，其连接性的变化可能影响记忆、思维和情绪调节等过程。研究表明，雌激素水平的升高能够增强默认模式网络的连接性，这意味着在月经周期的特定阶段，女性的认知状态和心理表现可能受到影响。

这些激素对大脑网络的影响可能解释了为什么女性在月经周期中的某些阶段会表现出认知功能的波动，例如注意力和记忆力的变化。通过了解激素对默认模式网络的调节作用，研究人员可以进一步研究其在认知障碍（如阿尔茨海默病）中的潜在作用机制。这些发现不仅对女性健康具有重要意义，也为神经科学研究提供了新的方向。

Heller的下一步计划是将她的数据与一位患有子宫内膜异位症（endometriosis）的女性的数据进行比较，以探讨激素波动是否可能是引发该疾病的原因之一。子宫内膜异位症是一种影响多达10%育龄女性的疼痛性疾病，通过了解激素变化与大脑结构和行为功能之间的关系，可能会为这种疾病的病因提供新的见解。

此外，Heller还计划扩大研究样本，将密集采样方法应用于其他健康状况不同的女性，以进一步探索激素与大脑功能的复杂关系。她希望通过与更多受试者的数据对比，找出个体之间的差异，揭示为什么有些女性在服用避孕药后会出现不良反应，而另一些人则不会。

这种研究设计有望为个性化医学的发展提供新的方向。通过对激素波动的深入研究，研究人员可以为女性健康问题提供更具针对性的解决方案。例如，理解激素如何影响大脑连接性和功能，可能有助于开发新的药物或干预措施，以减轻避孕药带来的副作用，尤其是在情绪和认知方面的影响。

密集采样：女性健康研究的新前景

密集采样作为一种新兴的神经成像方法，尽管样本量小限制了研究结果的普遍性，但其优势在于能够捕捉到通常在大样本横断面研究中难以观察到的细微变化。这对于理解个体在月经周期中、激素波动下以及服用药物后的大脑反应，提供了重要的数据基础。

密集采样方法的应用使研究人员能够在高时间分辨率下观察大脑的动态变化，捕捉到传统研究中可能被忽视的细节。例如，Heller的研究发现大脑体积和连接性的日常波动与激素水平的变化密切相关，这一发现为理解个体差异提供了新线索。通过进一步扩大样本量并进行跨个体对比，研究人员可能揭示出激素波动与大脑功能之间更普遍的规律。

尽管样本量有限，Heller和Pritschet等人的研究为探索避孕药对大脑的影响提供了有价值的初步数据，填补了女性健康研究中的空白。通过比较不同参与者之间的数据，尤其是那些对避孕药反应不同的女性，研究人员可能进一步揭示出不同副作用的原因。这些数据对于开发个性化的避孕方案、提高避孕药的安全性和有效性具有重要的参考价值。

加州大学圣巴巴拉分校的神经科学家Emily Jacobs评论道，Heller的自我实验是“严谨的自我奉献的科学实践”，通过她的努力，我们对人类大脑有了更深入的理解。这些数据集为未来关于激素状态与大脑结构和行为功能微妙变化之间的关系研究，提供了一个引人注目的窗口。

Jacobs还强调，密集采样方法不仅对女性健康研究具有重要意义，还为更广泛的神经科学研究提供了新工具。通过对少数个体进行长时间、多次扫描，研究人员可以深入了解大脑的动态变化和个体差异，为个性化医疗和精准医学的发展奠定基础。

这种研究方法还可以帮助研究人员探索其他类型的激素变化如何影响大脑，例如应激激素（如皮质醇）的波动如何影响大脑功能，或者激素替代疗法在更年期女性中的效果。通过这些研究，研究人员可以更全面地了解激素对大脑的影响，为制定更加个性化的治疗策略提供数据支持。

女性健康的未来

长期以来，女性健康研究存在数据不足的问题，特别是在避孕药对大脑影响方面。通过像Heller这样的研究人员的自我实验，我们逐步了解激素变化如何影响大脑的形态和连接性。这些研究不仅为女性提供了更多关于避孕药选择的信息，也为研究人员理解大脑的适应性提供了重要的基础。

未来，随着更多研究人员加入密集采样和自我实验的行列，我们有望获得更加全面的女性健康数据，帮助女性在避孕药等决策中做出更加科学和个性化的选择。这些探索不仅是对大脑奥秘的深入挖掘，更是对女性健康研究空白的补充，为更多人带来更好的健康选择与生活质量。

此外，密集采样方法的应用不仅限于避孕药的研究。它还可以被用于研究其他与激素相关的健康问题，例如更年期（menopause）、多囊卵巢综合征（PCOS）以及产后抑郁（postpartum depression）等。这些领域同样存在研究不足的问题，通过对激素水平变化的深入研究，我们可以更好地理解这些健康问题的生物学基础，并为个性化治疗方案的开发提供科学依据。

随着科学技术的进步，MRI等神经成像技术的成本有望降低，使得密集采样方法能够在更大范围内应用。未来，研究人员可以利用这一方法，对更多样化的受试者群体进行长期跟踪研究，深入了解激素波动、大脑功能和心理健康之间的复杂关系。这些研究不仅将提高女性健康研究的水平，也将推动整个神经科学领域的发展，为个性化医学和健康管理带来新的突破。

参考文献

Pritschet, L. et al. Neuroimage 220, 117091 (2020).

Grotzinger, H. et al. J. Neurosci. 44, e1856232024 (2024).

责编|探索君

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