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研究人员发现大脑中的行为是如何组织的
时间:2019-10-9 16:22:34 评论:0 收藏本文 复制本页地址 (按Ctrl+D可以收藏到浏览器)

开车上班、打电子邮件或打高尔夫球——人们整天都在做类似的事情。但是,神经科学家仍然不确定大脑是如何协调复杂的动作或转换成一种新的动作——在诸如帕金森氏病或强迫症(OCD)等疾病中受损的行为。

现在,索尔克研究人员已经解决了一个长期以来关于大脑行为是如何组织的科学争论。由辛进副教授领导的研究小组发现,学习行为是以多层次的控制来组织的,为那些无法控制自己行为的疾病提供了新的治疗目标。这项研究于2018年6月28日发表在《细胞》杂志上,利用经过训练的老鼠执行复杂的动作序列来进行发现。

“几十年来,科学家们一直在讨论大脑是如何组织行为的,”该研究的资深作者Jin说。利用光遗传学这项利用光来操纵脑细胞活动的技术,我们能够改变动物计划进行的个体行为,揭示出神经控制的精确水平。”

当你学习到一种新的行为——比如系鞋带——大脑中一个叫做纹状体的区域会安排一系列的动作:弯腰,抓住鞋带,打结。长期以来,科学家们一直在争论这些类型的步骤是否被组织在一个链条中,每一步都会触发下一步(比如多米诺骨牌),或者是否有一个更分级的系统在工作,具有多个控制级别(比如办公室组织结构图)。

几个星期后,金的团队训练老鼠进行一系列的杠杆按压。在一个定制的盒子里,左边有一个杠杆,右边有一个杠杆,老鼠们知道按左、右、右的特定顺序按杠杆可以得到治疗。(这个团队根据在婚礼或派对上表演的排舞,将这个系列命名为“企鹅舞”。)

当老鼠执行企鹅舞蹈序列时,一台计算机记录了两种特定类型脑细胞的活动:d1和d2神经元,它们构成纹状体中的大多数细胞,并与学习和执行动作有关。研究人员利用光遗传学用激光激活这些神经元,白喉毒素使它们失活,使研究小组能够识别并分离出D1和D2细胞是如何控制行为的。

精神分裂症和双相情感障碍的相关storiesrisk对脑蛋白有明显的影响,在细胞内膜运输中起着重要作用,脑细胞的失聪被发现与口吃有关。有趣的是,刺激d1神经元使小鼠增加了脑组织的功能。一个额外的杠杆压力序列,同时刺激D2神经元导致小鼠跳过下一个杠杆压力。

通过在企鹅舞蹈表演过程中精确控制d1或d2神经元,研究人员能够拼凑出这个序列是如何被大脑学习和组织的。他们还发现了意想不到的神经元的混合物,它们协同工作来驱动或抑制行为。

“神经元就像雪花,”加州大学圣地亚哥分校的研究生、索尔克研究院的克莱尔·格德斯说,他是该论文的第一作者。d1和d2神经元有一些相似的模式,但它们并不都做完全相同的事情。它们如何协同工作来控制运动是很复杂的。”

研究小组发现了三种神经活动控制水平的证据。最低级别表示操作序列中每个步骤的活动,而最高级别仅表示启动或停止整个序列时的活动。在中等水平上,神经元只有在动物从一个动作转换到另一个动作时才活跃。它类似于监督每项任务的员工主管,而高级主管则主要监督项目是开始还是完成。介于两者之间的是该组织的中层管理者,他们在其他两个中间运作。

据Jin、Geddes和合著者Hao Li所说,这项研究揭示了纹状体中神经元行为的微妙复杂性,这可能有助于解释为什么我们所学的行为仍然如此灵活——我们大脑的主管、中层管理人员和高级管理人员可以更新我们的行为,以对其做出反应。我们不断变化的环境中的挑战。

金补充说:“我对这项研究特别兴奋,因为它解决了行为神经科学中一个基本问题的长期争论。同时,通过识别大脑中不同的细胞类型如何控制我们的行为,它为不同神经疾病的潜在治疗提供了新的视角。”

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