一直分泌多巴胺一直爽?研究发现小鼠竟会掌控多巴胺分泌

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一直分泌多巴胺一直爽?研究发现小鼠竟会掌控多巴胺分泌

多巴胺(dopamine)是大脑中一种自然分泌的神经递质。作为大脑奖励系统(reward system)的组成部分,当人们做一些令人愉快的活动时,比如品尝美食,它就会传递使人快乐、兴奋的神经脉冲,因此也会导致各种上瘾行为。

那么,我们有没有可能控制多巴胺的分泌呢?

最近,在小鼠实验中,研究人员惊讶地发现,小鼠竟然可以主动调控大脑皮层的随机多巴胺脉冲!这为研究多巴胺在调节神经活动的作用开辟了一个新维度。

一直分泌多巴胺一直爽?研究发现小鼠竟会掌控多巴胺分泌

▲该论文发表在Current Biology杂志上(图片来源:论文页面截图)

多巴胺在神经元突触间隙释放,从本质上说,它激活的奖励机制是一种预期奖赏误差编码(reward prediction error coding)系统。比如著名的“巴甫洛夫的狗(Pavlov's dog)”实验。由于之前每次喂食香肠时都伴随着铃声,因此到后来,狗狗不需要真正看见或吃到香肠,仅仅听到铃声,大脑就会分泌多巴胺。

更为神奇的是,加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的研究人员发现,小鼠甚至不需要“听到铃声”,它们的大脑皮层每隔约1分钟就会发生一次多巴胺脉冲

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▲该论文第一作者、在读研究生Conrad Foo发现,小鼠的大脑皮层以大约0.01秒的速度不断产生频繁的多巴胺脉冲(图片来源:参考资料[1])

通过与纽约西奈山伊坎医学院(Icahn School of Medicine at Mount Sinai)的科学家们合作,研究人员试图探索小鼠是否能意识到大脑中不断发生的神经脉冲。

为了测量小鼠大脑神经元的突触外多巴胺信号(extrasynaptic dopamine,DA),他们使用能够发出荧光的工程化蛋白受体分子(D2-CNiFERs),将多巴胺信号转换为光学信号,再通过双光子显微成像技术(TPLSM imaging)进行监测观察。如果波谱出现短暂的增长,则说明发生了神经脉冲。

研究人员设计了一个反馈系统,跑步机上的小鼠如果表现出能主动控制多巴胺信号,就能得到奖励,可以舔一口蔗糖水

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▲小鼠学会了主动控制多巴胺引起的神经脉冲以获得奖励(图片来源:参考资料[1])

那怎么知道小鼠是否在有意识地操控这些脉冲呢?

为了解决这个问题,研究人员设计了一个为期8天的实验,只在其中4天设置奖励机制,以观察波谱峰值的变化。

实验数据表明,小鼠不仅意识到了这些神经脉冲,为了获得奖励,它们还学会了预测、并有意识地调节多巴胺的释放,自发增加神经脉冲!

而当奖励移除时,这种主动激发多巴胺脉冲的效应也发生了逆转,并在奖励恢复时重新发生。

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▲当奖励被移除时,效应发生了逆转,并在恢复时重新发生(图片来源:参考资料[1])

研究人员进一步猜想,动物自发调控多巴胺脉冲的行为可能会激励它们在没有预期奖励刺激的情况下,积极主动地去觅食,从而帮助它们生存。

他们打算扩展这项研究,以探索这种行为是否能够、以及如何驱动小鼠的觅食行为。

参考资料:

[1] Foo, C., et, al. (2021). Reinforcement learning links spontaneous cortical dopamine impulses to reward. Current Biology. Published. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.06.069

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00898-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0960982221008988%3Fshowall%3Dtrue

[2] ‘Feel Good’ Brain Messenger Can Be Willfully Controlled, New Study Reveals. Retrieved July 23, 2021, from https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/feel-good-brain-messenger-can-be-willfully-controlled-new-study-reveals

[3] Pleasurable Dopamine Impulses Can Be Controlled at Will, Mouse Studies Show. Retrieved July 26, 2021, from https://www.genengnews.com/news/pleasurable-dopamine-impulses-can-be-controlled-at-will-mouse-studies-show/

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标签:喂食 狗狗