根據(jù)斯坦福大學(xué)研究人員的一項(xiàng)新研究，喂養(yǎng)行為和社會(huì)刺激激活了混合但不同的大腦回路，并且激活一個(gè)回路可以抑制另一個(gè)回路。

研究人員在小鼠中證明，與社會(huì)交往相關(guān)的不到二十幾個(gè)神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)元的直接刺激足以抑制動(dòng)物自身的攝食 - 這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解和治療飲食失調(diào)具有潛在的臨床意義，如厭食癥。

研究人員通過開發(fā)一種技術(shù)來研究這些研究結(jié)果，這種技術(shù)可以分離大腦中獨(dú)立但緊密交織的神經(jīng)元。

一篇詳細(xì)介紹研究結(jié)果及其獲取方法的論文將于1月16日在Nature上發(fā)表。資深作者是Karl Deisseroth，醫(yī)學(xué)博士，博士，DH Chen教授，生物工程和精神病學(xué)和行為科學(xué)教授，以及Howard Hughes醫(yī)學(xué)研究所的研究員。博士后學(xué)者Joshua Jennings博士和Christina Kim博士以及工作人員James Marshel博士分享了主要作者身份。

關(guān)于飲食行為的社會(huì)限制

“我們知道社交場(chǎng)合會(huì)抑制吃飯的沖動(dòng)，”Deisseroth說。“一個(gè)例子是在社會(huì)等級(jí)制度中不同階段的人的行為。當(dāng)你在皇室成員面前用餐時(shí)，你不會(huì)潛入那塊肋骨。”

厭食是另一個(gè)例子。“患有厭食癥的人報(bào)告說，在疾病發(fā)作時(shí)，一個(gè)強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)因素是來自其他人的反饋，表明他們因限制食物攝入而獲得獎(jiǎng)勵(lì)，”Deisseroth說。

他說，幾乎沒有人知道這種抑制的神經(jīng)基礎(chǔ)。“我們?cè)噲D在個(gè)體神經(jīng)元水平上理解這些潛在競(jìng)爭(zhēng)的驅(qū)動(dòng)器如何相互協(xié)商，以及與喂養(yǎng)和社交行為相關(guān)的大腦回路如何相互作用。”

Deisseroth的研究小組專注于大腦的一部分，稱為眶額皮質(zhì)，這是一種細(xì)胞，在小鼠和人類中，位于大腦的外表面，朝向器官的前部。這個(gè)大腦區(qū)域在這兩個(gè)物種中是相似的，已經(jīng)在人類成像研究中顯示出當(dāng)受試者希望，尋求，獲取和消費(fèi)食物時(shí)，或者當(dāng)他們?cè)谏缃恢袇⑴c時(shí)，它們是活躍的。

探索喂養(yǎng)和社交驅(qū)動(dòng)的相互作用保證是棘手的。

“這并不像是有一群'喂養(yǎng)'神經(jīng)元'和另一組'社交'神經(jīng)元坐在眶額皮質(zhì)中的兩個(gè)整齊標(biāo)記的團(tuán)塊中，所以你可以將電極放在一個(gè)或另一個(gè)簇中找出來所有你需要知道的，“Deisseroth說。驅(qū)動(dòng)和響應(yīng)這些不同活動(dòng)的神經(jīng)元散布，稀少和分散在整個(gè)眶額皮層，就像灑在蛋糕上一??樣。而且，它們看起來幾乎一樣。

因此，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，用于同時(shí)刺激和監(jiān)測(cè)多個(gè)指定神經(jīng)元的活動(dòng)。這讓他們確定哪些眶額皮層神經(jīng)元在喂養(yǎng)相關(guān)或社交活動(dòng)中是活躍的，或兩者兼而有之，或兩者都沒有。該技術(shù)還允許它們刺激大約20個(gè)被識(shí)別為專用于一種或另一種活動(dòng)的神經(jīng)元，并觀察所產(chǎn)生的行為。

在過去的十五年中，Deisseroth率先開發(fā)了一種稱為光遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，其中一種稱為視蛋白的光敏蛋白基因被插入到神經(jīng)元中，因此它們可以通過激光脈沖激活，通過它們到達(dá)它們。植入的光纖。他的實(shí)驗(yàn)室最近的進(jìn)展已經(jīng)優(yōu)化了一個(gè)這樣的視網(wǎng)膜，以至于他的團(tuán)隊(duì)可以在哺乳動(dòng)物中一次刺激許多選定的，行為分類的神經(jīng)元。

“這項(xiàng)研究建立在2012年我們?cè)诓溉閯?dòng)物中進(jìn)行單細(xì)胞控制與光遺傳學(xué)的初步論證的基礎(chǔ)上，但現(xiàn)在標(biāo)志著通過操縱多個(gè)單獨(dú)指定的神經(jīng)元來控制哺乳動(dòng)物行為的首次證明，”他說。

科學(xué)家們將這種改良的視蛋白基因插入到小鼠的眶額皮質(zhì)中，同時(shí)將另一個(gè)基因?qū)е律窠?jīng)元與其活動(dòng)成比例發(fā)出熒光。光纖尖端的微小透鏡引導(dǎo)光線穿過許多目標(biāo)神經(jīng)元，幾乎同時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致多達(dá)二十多個(gè)指定神經(jīng)元一起發(fā)射。

食物與朋友

在隨后的實(shí)驗(yàn)過程中，小鼠被一種保持頭部舒適固定的裝置約束。在一組實(shí)驗(yàn)中，將小鼠暴露于噴嘴，該噴嘴偶爾會(huì)發(fā)出一滴高熱量的溶液，這種溶液很容易舔起來。對(duì)于每只老鼠，Deisseroth的同事記錄了在這次活動(dòng)期間，他們視野中數(shù)百個(gè)眶額皮質(zhì)神經(jīng)元被點(diǎn)亮了。

在高熱量溶液的存在下，光遺傳刺激僅20只喂食反應(yīng)神經(jīng)元增強(qiáng)了小鼠的舔活動(dòng)，將這些神經(jīng)元與因果關(guān)系聯(lián)系起來。

為了識(shí)別小鼠眶額皮質(zhì)中的社會(huì)反應(yīng)神經(jīng)元，科學(xué)家們引入了幼年小鼠 - 老年小鼠認(rèn)為它們是非威脅的潛在伙伴并開始嗅探 - 并追蹤視野中神經(jīng)元的活動(dòng)水平。他們能夠識(shí)別響應(yīng)探索性社會(huì)互動(dòng)的特定神經(jīng)元。

在熱量獎(jiǎng)勵(lì)的情況下，光遺傳刺激社會(huì)反應(yīng)性眶額神經(jīng)元減少了小鼠舔解決方案所花費(fèi)的時(shí)間。自然刺激等效物也是如此：暴露于幼年小鼠。社交互動(dòng)越多，對(duì)卡路里的興趣就越小。

雖然本研究中的小鼠不是疾病模型，但Deisseroth指出該研究結(jié)果具有潛在的臨床意義。

“我們已經(jīng)能夠確定在喂養(yǎng)和社交驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中涉及的其他無法區(qū)分的眶額皮層神經(jīng)元，”他說。“一個(gè)關(guān)鍵的目標(biāo)是了解哪些神經(jīng)元對(duì)于行為實(shí)際上是重要的?，F(xiàn)在我們可以更仔細(xì)地檢查它們，例如，尋找表面蛋白質(zhì)標(biāo)記或?qū)⑺鼈儽舜藚^(qū)分開來的布線差異。如果有任何區(qū)別這樣，它將加深我們對(duì)大腦皮層中神經(jīng)細(xì)胞類型之間如何協(xié)商競(jìng)爭(zhēng)驅(qū)動(dòng)的理解 - 甚至可以導(dǎo)致藥物干預(yù)，減少厭食癥患者對(duì)食物消費(fèi)的社會(huì)抑制。