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《科学》:杏仁核BLA,催我回家

发布日期:2022-05-17 19:30    点击次数:143

  

文献:Courtin, J., Bitterman, Y., M ü ller, S., Hinz, J., Hagihara, K. M., M ü ller, C., & L ü thi, A. ( 2022 ) . A neuronal mechanism for motivational control of behavior. Science ( New York, N.Y. ) , 375 ( 6576 ) , eabg7277.

DOI:https://doi.org/10.1126/science.abg7277

作者:Veronica | 封面:Alisa Imikiba

距春节离去已有些时日,但随疫情反复无常、工作案牍劳神,我们又不由得思念起家乡。想念在家时的安定,想念妈妈的晚饭,想念儿时窄窄的读书路,也想念家乡的亲人、旧时的伙伴。正是这些因素共同导致强烈的回家动机,才让独在异乡的我们踏上了遥远的回乡路。

在生物界,如果动机强烈,同样可以导致特定行为。动机由很多因素决定,比如动物身体代谢因素,外界环境的变化,行为结果的价值等。遗憾的是,在神经生物学的研究领域,大多数行为都是由实验者程序性地强制动物启动才得以开始,这些行为范式忽略了动物内在动机的控制,因此我们对大脑如何编码、维持特定的动机行为知之甚少——直到最近的一项来自瑞士的巴塞尔大学的研究,才开始慢慢揭开了杏仁核底外侧区域(basolateral amygdala,BLA)调控动机行为背后的生物机制。

科学家设计了一个简单无提示、自我把控时间的目的导向行为实验(noncued,self-paced goal-directed actions)。他们让小鼠随意选择两种行为,一种(鼻触或者拉杆)能喝到糖水奖励,另一种能喝到牛奶奖励。整个行为没有开始或结束的提示,也不会提示某次行为会导致糖水或者牛奶奖励。与此同时,科学家通过机器学习方法追踪小鼠的行为,把每一次行为分为动作期(action period,包括从动作开始到无奖励发放的舔舐行为,以及中间与动作无关的行为)和消费期(consumption period,只包括含有奖励的舔舐行为)两个阶段,并用钙信号成像技术同时检测小鼠 BLA 区域的神经元发放。

-   Courtin et al.,   Science   -

他们发现,在任务不同的阶段,BLA 的神经元也有不同的发放模式。动作期的 BLA 神经元在小鼠目的导向的行为期间最为活跃,消费期的神经元只在有奖励舔舐的时间发放,而位于动作之间的过渡期神经元则在动作期和消费期都有所发放。虽然这三种类型的神经元在空间上交织在一起,但它们都是结果特异的。也就是说,通过分析这些神经元的发放模式,科学家可以分辨出小鼠喝的是糖水还是牛奶。如果将所有 BLA 神经元群体通过线性分类器来解码动作行为的不同时期,其正确率高达 87.8%,如果只挑选与动作有关的神经元来解码的话,正确率也可以高达 69.7%。这说明BLA 动作相关的神经元特异性编码了动作本身。

有趣的是,动作期和消费期的神经元是反向相关的——动作期活跃的神经元在消费期沉默不语,反之亦然。并且动作期的 BLA 神经元发放的时间比小鼠开始动作本身更早,且在"游手好闲期"和无奖励的舔舐期都有发放(但在自由探索期不发放),说明这些神经元编码小鼠目的行为的结果,而不仅仅是行为本身。如果用光遗传技术抑制 BLA 的神经元,则发现小鼠与任务无关的行为增多了,如空闲时间,探索环境的时间等行为。

有趣的是,如果将一部分试验中的饮料稀释以后,小鼠与任务无关的行为立马变多了,而且之前动作期和消费期的神经元反应也慢慢减弱,进入"摸鱼模式"。但科学家发现随着试验次数的增加,BLA 会慢慢产生新的"动作期神经元"和"消费期神经元"的发放模式来代替"老员工"。

如果换一种玩法,改变行为和结果原来的关联(contingency),即小鼠的特定动作并不一定导致奖励会怎样呢?科学家发现,虽然此时小鼠同样也开启了摸鱼模式,但它只有动作期神经元的反应减弱,消费期的神经元发放保持恒定。与上一种情况不同的是,这次 BLA 也并没有产生新的"动作神经元"发放模式来代替"老员工",而是新老员工都全体"罢工"了。

从这篇文章的结果来看,我们过年回乡的"春运神经元",很可能就深深地藏在 BLA 脑区中哦 ~

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