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神经血管耦合（NVC）——神经元活动引起局部脑血流增加——是功能性磁共振成像（fMRI）的基础，也是维持大脑能量稳态的关键机制。在灰质中，这一现象被广泛证实：突触传递和局部场电位会触发血管舒张。然而，占人脑体积约一半的白质（主要由有髓轴突组成），其活动与血流之间的关系却鲜有研究。一个根本性问题悬而未决：沿有髓轴突传导的动作电位，本身是否足以驱动局部血流增加？ 2026年4月25日发表于 Nature Communications 的一项研究中，巴黎大脑研究所的David Esteban Suarez-Baquero、Davide Boido及同事，利用小鼠的双光子成像（通过长期植入的GRIN透镜）和大鼠的超高场BOLD fMRI（17.2 Tesla），对视觉通路的全长度——从视网膜、有髓视神经、视交叉到视束——进行了系统性检查。他们发现：闪烁光和移动光栅刺激确实增加了视网膜、无髓鞘的视神经盘以及神经突触终末（上丘）的血流，但在视神经的有髓部分（颅内视神经和视束）完全没有触发血流或氧合的变化。结论是：在正常的视觉刺激过程中，沿有髓轴突的动作电位传导本身不足以触发神经血管耦合。这一发现对理解白质能量代谢、解释白质fMRI信号以及研究脱髓鞘疾病（如多发性硬化）中的血管反应具有深远意义。

研究亮点速览

1. 清晰研究模型：视神经是完全的白质束（由视网膜神经节细胞轴突+少突胶质细胞组成），无突触、无局部场电位，只传导动作电位。沿其长度可以比较有髓段和无髓段（视神经盘）。

2. 多模态、多物种、多部位测量：

   • 小鼠：双光子成像（通过GRIN透镜植入视神经），测量血管直径和血流（标记右旋糖酐染料）。
   • 大鼠：17.2 T超高场fMRI测量BOLD信号（全视路，包括视神经、视束、上丘）。
   • 氧探针：双光子寿命成像测量组织氧分压（PO₂）。

3. 关键结果：

   • 视网膜和视神经盘（无髓）：视觉刺激→ 显著 的血流增加（直径增加 ~15-20%）和氧合增加。
   • 视神经有髓段（眶内+颅内）：视觉刺激→ 无 血流变化、无 BOLD信号变化、无 组织氧分压变化。
   • 视束（有髓）：无BOLD变化。
   • 上丘（突触终末，灰质）：强BOLD激活（对照验证刺激有效性）。

4. 结论：在生理性视觉刺激强度下，沿有髓轴突传导的动作电位不触发神经血管耦合。少突胶质细胞的能量代谢可能通过其他机制（如轴突-少突胶质细胞乳酸穿梭）维持，而非局部血流增加。

背景：为何必须研究白质NVC？

已知（灰质NVC）：

• 突触前末梢释放谷氨酸 → 激活星形胶质细胞 → 释放环氧合酶-2衍生物 → 血管舒张/收缩。
• 或：中间神经元释放血管活性肠肽（VIP）、一氧化氮（NO）直接作用于血管。
• 结果是：活动局部血流增加 → BOLD信号升高（fMRI的基础）。

未知（白质NVC）：

• 白质占人脑体积~50%，能量消耗可观（动作电位传导：Na+/K+ ATP酶消耗ATP）。
• 但白质不含突触，无局部场电位，星形胶质细胞形态与灰质不同，血管密度较低。
• 关键问题：仅仅是有髓轴突中动作电位的通过，是否足以引起局部血流增加？
  • 若“是”，则白质fMRI信号可解释为轴突活动。
  • 若“否”，则白质BOLD信号的生理基础完全不同（可能反映前一个突触输入的代谢遗留或血管的非特异性变化）。

既往矛盾证据：

• 一些研究报告视神经电刺激后血流增加（但电刺激为超生理性，可能直接激活血管或逆行激活胞体）。
• 另一些研究发现白质束在任务中BOLD信号下降（负BOLD）或无变化。

本研究的独特方法：使用完全自然（视觉）刺激，沿视神经全长逐段测量，区分有髓/无髓段。

实验设计与结果

模型优势：视神经作为“白质高速公路”

双光子成像：有髓视神经无血管反应

小鼠实验中，通过GRIN透镜植入视神经，在视觉刺激（闪烁光或移动光栅）下，测量血管直径和红细胞速度。结果显示：视网膜和视神经盘的血管直径显著增加（约15-20%），但眶内和颅内视神经的血管直径无变化。同时，双光子寿命成像测量组织氧分压（PO₂）发现，有髓视神经的PO₂在刺激期间无显著变化，而视网膜PO₂显著升高。

超高场fMRI：有髓视束无BOLD信号

大鼠实验中，使用17.2 T MRI采集全视路的BOLD信号。视觉刺激（移动光栅）引起上丘（灰质）强烈的BOLD激活，但视神经和视束（有髓白质）未检测到任何BOLD信号变化。这一结果在个体水平和组水平均一致，排除了技术敏感性不足的可能性。

电刺激验证：超生理刺激可诱发血管反应

为排除技术限制，研究者对暴露的视神经施加直接电刺激（100 Hz，0.5 ms脉冲）。电刺激确实引起了视神经血管的显著扩张，但该反应可能通过激活血管周围神经或逆行激活视网膜胞体介导，而非轴突动作电位本身。这提示生理性视觉刺激与电刺激的机制不同。

讨论与意义

白质能量代谢的独特性：有髓轴突的动作电位传导主要依赖Na+/K+ ATP酶，但能量需求可能通过轴突-少突胶质细胞乳酸穿梭满足，无需局部血流增加。少突胶质细胞通过糖酵解产生乳酸，经单羧酸转运体（MCT）供给轴突，这一过程可能不依赖血管反应。

对fMRI的启示：白质BOLD信号在任务中常表现为负BOLD或延迟正BOLD，本研究支持这些信号并非直接反映轴突活动，而可能源于前一个突触输入的代谢后效应、血管的被动变化或神经血管耦合的逆向机制。因此，白质fMRI信号的解释需谨慎。

临床相关性：在多发性硬化等脱髓鞘疾病中，白质血管反应可能异常。本研究表明，健康有髓白质在生理刺激下无NVC，因此脱髓鞘后出现的血管反应可能反映异常的轴突-血管信号或炎症介导的血管变化，这为理解疾病病理提供了新视角。

参考文献

Suarez-Baquero, D. E., Boido, D., et al. (2026). Action potential propagation along myelinated optic nerve does not trigger neurovascular coupling in rodents. Nature Communications.