麻省理工学院神经科学家识别驱动愉悦诱发行为的大脑电路核心技术

2018-05-16

                

科学家们一直认为,位于大脑深处的杏仁核结构与恐惧和对不愉快事件的反应有关。

然而,麻省理工学院神经科学家组成的团队现在发现了这种结构中的回路,可以回应奖励事件。在对老鼠的研究中,用某些刺激激活这个电路使动物进一步寻找这些刺激。研究人员还发现了一种控制对可怕事件反应的电路,但是大多数中央杏仁核神经元都参与了奖励回路。

“令人惊讶的是,促进积极行为的子集如此丰富,这与该领域的许多人一直在想的相反,”生物学和神经科学的Picower教授和RIKEN-MIT神经中心主任Susumu Tonegawa说Picower学习与记忆研究所的电路遗传学。

Tonegawa是该研究的高级作者,该文章刊登在3月22日的“神经科学杂志”( em Neuron / em)上。该论文的主要作者是研究生Joshua Kim和张翔宇。

驾驶行为

本文基于去年发表的一项研究,其中Tonegawa的实验室在杏仁核的不同部分(称为基底外侧杏仁核(BLA))中鉴定了两种不同的神经元群体。这两个人口是基因编码的,以编码恐惧或美好的回忆。

在那项研究中,研究人员发现编码正面和负面记忆的神经元将信息传递给中央杏仁核的不同部分。在他们的新工作中,他们着手进一步阐明两种BLA人群与中央杏仁核的关系,并确定从BLA获得信息的中枢杏仁核细胞的功能。

首先,研究人员分析了中央杏仁核神经元的遗传图谱,并根据它们表达的遗传标记及其解剖位置将它们分为七组。然后,他们使用光遗传学,这种技术使他们能够用光控制神经元活动,以调查每个人群的功能。

研究人员发现,其中五个种群刺激奖励相关行为:当小鼠暴露于光照下时,小鼠反复寻求更多的光照,因为这些神经元正在驱动奖励回路。这些相同的人群都接受来自BLA中积极情绪细胞的输入。

另一个神经元群体是与恐惧相关的先天和记忆行为的基础,而最后一个群体并不需要恐惧或奖励相关的行为。

研究人员说,这一发现与中央杏仁核主要涉及恐惧相关行为的共识相矛盾。

“古典人们将中心杏仁体概括为与恐惧有关的结构。他们认为这涉及焦虑和恐惧相关的反应,“Kim说。 “但是,看起来整个结构似乎主要参与食欲行为。”

他们说,研究人员不能排除中心杏仁核中一些尚未发现的细胞控制消极行为的可能性。 “但是,我们目前确定的细胞占中央杏仁核的90%以上,”Tonegawa说。 “如果有其他细胞的负面行为,这是一小部分。”

“华盛顿大学的生物化学教授Richard Palmiter说:”在过去20年中,杏仁核的大部分研究都集中在核心杏仁核调节厌恶反应的作用上,他没有参与研究。 “Tonegawa实验室汇集了一篇令人惊叹的论文,它将改变科学家思考杏仁核核心的方式。”

令人惊讶的电路

在另一个令人惊讶的发现中,研究人员发现他们在中央杏仁核中发现的与恐惧有关的神经元不会将信息直接发送到相信接受来自中央杏仁核的恐惧相关输入的大脑部分。这部分大脑,即中脑导水管周围灰质(PAG)位于脑干中,并在对疼痛,压力和外部威胁作出反应方面发挥作用。

目前还不清楚这些中央杏仁核细胞在哪里发送它们的输出,以及它是否在别处停止后最终到达PAG。 Tonegawa的实验室现在试图进一步追踪这些电路以找出它们去的地方。

研究人员还在研究BLA神经元在恐惧灭绝中的作用,恐惧灭绝是重写恐惧记忆的过程,以便与更积极的感受相关联。这种方法经常用于治疗诸如抑郁症和创伤后应激障碍等疾病。

该研究由国立卫生研究院,理研脑科学研究所,霍华德休斯医学研究所和JPB基金会资助。

出版物:Joshua Kim等人,“基于中央杏仁核神经电路的基于食欲的行为,”Neuron,2017; DOI:10.1016 / j.neuron.2017.02.034

来源:麻省理工学院新闻Anne Trafton