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不想工作总想躺平?《细胞》找到了控制行为动力的神经机制


当你在学习或工作时,或许出现过动力不足的时刻。事实上,缺乏动力不仅会影响我们的工作,还是抑郁症等心理和精神疾病的重要特征。但是,与动力相关的神经机制一直以来都不明确。今天,美国冷泉港实验室李波研究组在一项发表于《细胞》杂志的研究中,终于揭开了岛叶皮层神经元介导动力行为的神经基础。

来源: 学术经纬 

 

当你在学习或工作时,或许出现过动力不足的时刻。事实上,缺乏动力不仅会影响我们的工作,还是抑郁症等心理和精神疾病的重要特征。但是,与动力相关的神经机制一直以来都不明确。今天,美国冷泉港实验室李波研究组在一项发表于《细胞》杂志的研究中,终于揭开了岛叶皮层神经元介导动力行为的神经基础。

早在19世纪早期,德国神经解剖学家Johann Christian Reil首次命名一个名为岛叶皮层(insular cortex)的脑区。随后的研究相继发现,这一脑区不仅参与处理味觉等感觉信息,也具有调控情感和认知行为的功能。当岛叶受损或出现功能异常,则可能导致动力下降,还与抑郁症等心理和精神疾病密切相关。这些发现表明,岛叶可能参与调控动力相关的行为,然而其具体的神经环路基础仍不清楚。

在这项最新研究中,李波教授团队标记了小鼠岛叶皮层深层(layer 5B)表达Fezf2基因的神经元。此前的研究已经发现,位于岛叶皮层深层的锥体神经元会直接投射至脑干,而Fezf2基因对于锥体神经元的发育至关重要。因此,通过标记相应的神经元,研究团队能够通过体钙成像观察这群神经元的钙活动变化,从而揭示与动力行为相关的神经活动。

 

 

▲图中绿色标记了调控小鼠动力行为的神经元(图片来源:Li lab/CSHL, 2021)

实验中的一组小鼠经过作者的训练:当它们听见特定的声音刺激时,会进行舔水管的行为,从而收到一小块糖的奖赏。另一组小鼠则会在滚轮上跑动,从而获取奖赏。通过调节行为学参数或改变小鼠的生理状态,研究团队可进一步操控小鼠获取奖赏动力的强弱。通过对这些经过标记的小鼠的观察,作者发现这群神经元不会影响小鼠舔水管或踩滚轮跑的能力,但会影响它们完成这些行为的动力。

那么,这群岛叶神经元是通过哪条神经环路介导动力的?研究团队在其下游神经环路中,发现其中一个特异的投射脑区是位于脑干的孤束核。孤束核传统上被认为是向大脑传递味觉信息的中继站。而在这项研究中,作者通过光遗传操控发现,激活岛叶Fezf2神经元到孤束核这一神经环路,可以显著增强小鼠舔水或跑动的动力;相反,抑制这一环路则会减弱它们进行这些行为的动力。

 

 

▲岛叶Fezf2神经元到孤束核这一神经环路的示意图(图片来源:参考资料[1])

研究团队还发现,这一神经环路对动力的调节作用受个体内在状态、外在奖赏刺激的价值大小以及学习经验影响。当小鼠已经喝饱了糖水、奖赏刺激价值小或者小鼠还未学会获得奖赏时,即使是激活这一神经环路,对于小鼠动力行为的调控效果也很弱。也就是说,研究团队意外地发现了一个避免小鼠对任务和奖励上瘾的机制。

因此,这项研究揭示了岛叶参与调控动力的具体神经环路机制。该环路与控制动力的传统神经环路有很大区别:抑制或激活岛叶到孤束核这一神经环路,可以减弱或增强个体的动力,而不会影响对奖赏的价值编码和完成行为的能力。

这项研究为成瘾、抑郁症等相关精神疾病的治疗提供了全新的方向和线索,通过寻找微调人类相应的神经元的办法,能帮助那些因相关精神疾病而缺乏动力的人类群体。

注:原文有删减

参考资料:

[1] Hanfei Deng et al., A genetically defined insula-brainstem circuit selectively controls motivational vigor. Cell (2021). https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.019

[2] Fine-tuning motivation in the brain. Retrieved Dec 9, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/936989