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当激活时社交大脑回路抑制小鼠的进食行为

归档日期:06-03       文本归类:多回路控制      文章编辑:爱尚语录

  根据斯坦福大学研究人员的一项新研究,喂养行为和社会刺激激活了混合但不同的大脑回路,并且激活一个回路可以抑制另一个回路。

  研究人员在小鼠中证明,与社会交往相关的不到二十几个神经细胞或神经元的直接刺激足以抑制动物自身的摄食 - 这一发现对于理解和治疗饮食失调具有潜在的临床意义,如厌食症。

  研究人员通过开发一种技术来研究这些研究结果,这种技术可以分离大脑中独立但紧密交织的神经元。

  一篇详细介绍研究结果及其获取方法的论文将于1月16日在Nature上发表。资深作者是Karl Deisseroth,医学博士,博士,DH Chen教授,生物工程和精神病学和行为科学教授,以及Howard Hughes医学研究所的研究员。博士后学者Joshua Jennings博士和Christina Kim博士以及工作人员James Marshel博士分享了主要作者身份。

  “我们知道社交场合会抑制吃饭的冲动,”Deisseroth说。“一个例子是在社会等级制度中不同阶段的人的行为。当你在皇室成员面前用餐时,你不会潜入那块肋骨。”

  厌食是另一个例子。“患有厌食症的人报告说,在疾病发作时,一个强大的驱动因素是来自其他人的反馈,表明他们因限制食物摄入而获得奖励,”Deisseroth说。

  他说,几乎没有人知道这种抑制的神经基础。“我们试图在个体神经元水平上理解这些潜在竞争的驱动器如何相互协商,以及与喂养和社交行为相关的大脑回路如何相互作用。”

  Deisseroth的研究小组专注于大脑的一部分,称为眶额皮质,这是一种细胞,在小鼠和人类中,位于大脑的外表面,朝向器官的前部。这个大脑区域在这两个物种中是相似的,已经在人类成像研究中显示出当受试者希望,寻求,获取和消费食物时,或者当他们在社交中参与时,它们是活跃的。

  “这并不像是有一群喂养神经元和另一组社交神经元坐在眶额皮质中的两个整齐标记的团块中,所以你可以将电极放在一个或另一个簇中找出来所有你需要知道的,“Deisseroth说。驱动和响应这些不同活动的神经元散布,稀少和分散在整个眶额皮层,就像洒在蛋糕上一​​样。而且,它们看起来几乎一样。

  因此,研究人员设计了一个复杂的系统,用于同时刺激和监测多个指定神经元的活动。这让他们确定哪些眶额皮层神经元在喂养相关或社交活动中是活跃的,或两者兼而有之,或两者都没有。该技术还允许它们刺激大约20个被识别为专用于一种或另一种活动的神经元,并观察所产生的行为。

  在过去的十五年中,Deisseroth率先开发了一种称为光遗传学的实验方法,其中一种称为视蛋白的光敏蛋白基因被插入到神经元中,因此它们可以通过激光脉冲激活,通过它们到达它们。植入的光纤。他的实验室最近的进展已经优化了一个这样的视网膜,以至于他的团队可以在哺乳动物中一次刺激许多选定的,行为分类的神经元。

  “这项研究建立在2012年我们在哺乳动物中进行单细胞控制与光遗传学的初步论证的基础上,但现在标志着通过操纵多个单独指定的神经元来控制哺乳动物行为的首次证明,”他说。

  科学家们将这种改良的视蛋白基因插入到小鼠的眶额皮质中,同时将另一个基因导致神经元与其活动成比例发出荧光。光纤尖端的微小透镜引导光线穿过许多目标神经元,几乎同时发生,导致多达二十多个指定神经元一起发射。

  在随后的实验过程中,小鼠被一种保持头部舒适固定的装置约束。在一组实验中,将小鼠暴露于喷嘴,该喷嘴偶尔会发出一滴高热量的溶液,这种溶液很容易舔起来。对于每只老鼠,Deisseroth的同事记录了在这次活动期间,他们视野中数百个眶额皮质神经元被点亮了。

  在高热量溶液的存在下,光遗传刺激仅20只喂食反应神经元增强了小鼠的舔活动,将这些神经元与因果关系联系起来。

  为了识别小鼠眶额皮质中的社会反应神经元,科学家们引入了幼年小鼠 - 老年小鼠认为它们是非威胁的潜在伙伴并开始嗅探 - 并追踪视野中神经元的活动水平。他们能够识别响应探索性社会互动的特定神经元。

  在热量奖励的情况下,光遗传刺激社会反应性眶额神经元减少了小鼠舔解决方案所花费的时间。自然刺激等效物也是如此:暴露于幼年小鼠。社交互动越多,对卡路里的兴趣就越小。

  虽然本研究中的小鼠不是疾病模型,但Deisseroth指出该研究结果具有潜在的临床意义。

  “我们已经能够确定在喂养和社交驱动状态中涉及的其他无法区分的眶额皮层神经元,”他说。“一个关键的目标是了解哪些神经元对于行为实际上是重要的。现在我们可以更仔细地检查它们,例如,寻找表面蛋白质标记或将它们彼此区分开来的布线差异。如果有任何区别这样,它将加深我们对大脑皮层中神经细胞类型之间如何协商竞争驱动的理解 - 甚至可以导致药物干预,减少厌食症患者对食物消费的社会抑制。

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