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澳门金莎娱乐网址科学家揭示纹状体脑区在运动

发布时间:2019-09-14 08:57编辑:生命科学浏览(186)

    纹状体神经元在运动技能学习过程扮演一个重要的角色,在运动皮层选择控制运动行为的电活动模式时,起一个闸门式的调节作用。迄今,关于直接通路和间接通路神经元在运动学习过程的参与机制仍存有争议。

    图2.直接通路和间接通路群体神经元的顺序性电活动伴随着学习逐渐产生直接通路和间接通路的同一群神经元在小鼠学习过程中的电活动模式图(所有天均按照最后1天的神经元平均ΔF/F峰值时间排序,按照黑线标出的推杆运动的起始时刻来对齐)。 图和图数据分别对应的小鼠在任务学习中的行为学表现。

    研究人员训练小鼠学习推杆运动任务,并通过特异性标记直接通路和间接通路的神经元,观察到伴随小鼠的学习过程,两条通路的神经元集群都逐渐产生了独特、稳定、顺序性发放的电活动模式。直接通路神经元倾向于在信号感知和推杆操作时活动,而间接通路神经元则更多地在推杆动作后反应,并且在不同的运动任务场景中,同一群神经元的电活动模式会发生改变。进一步实验发现,特异性抑制直接通路神经元会破坏推杆运动的起始,而特异性抑制间接通路神经元会引起试验间隔里的错误推杆次数显著上升。任一通路的抑制均会降低推杆动作本身的熟练程度。

    此外,研究发现这七种神经元类型也具有不同的激活模式以响应相反的食欲或者威胁刺激。研究人员测试了食欲和威胁刺激,例如给小鼠充足食物或剥夺食物,给予电足击或无电击。

    运动技能的学习和掌握对于个体的生存至关重要。背外侧纹状体脑区主要接收来自感觉运动皮层四肢代表区的投射,在正常运动功能的执行、运动技能的学习以及习惯形成中具有重要的作用。已知该脑区主要分布着由多巴胺1型和2型受体分别标记的多棘投射神经元,分别介导了基底神经节运动调控中的两条经典通路,直接通路和间接通路。传统的拮抗模型认为直接通路促进运动,间接通路抑制运动。不同于拮抗模型中简单的“推-拉”式作用,协同模型认为,直接通路会促进期望运动的产生,间接通路会抑制那些与目的无关的竞争性运动。

    蒲慕明组的博士研究生盛孟君、卢迪为该研究论文的共同第一作者,在蒲慕明研究员的指导下完成,研究组的其他同事也在研究中发挥了作用。该课题受到中国科技部的973项目(编号2011CBA00400),中国科学院战略性先导科技专项(编号:XDB02020001),上海市重大科技专项(编号:2018SHZDZX05)等项目的资助。

    相关论文信息:DOI:10.1073/pnas.1901712116

    压力会对我们的胃口和饮食习惯造成严重影响。利用小鼠模型,一项新研究探究了大脑如何控制食欲,以及食欲与积极和消极情绪之间的联系。

    据悉,研究人员训练小鼠学习一项声音提示下的推杆运动任务,并在此训练过程中使用在体双光子成像技术,长时程追踪背外侧纹状体同一群神经元的电活动。通过特异性标记直接通路和间接通路的神经元,研究者们观察到伴随着小鼠的学习过程,两条通路的神经元集群都逐渐产生了独特的、稳定的、顺序性发放的电活动模式,直接通路神经元倾向于在信号感知和推杆操作时活动,而间接通路神经元则更多地在推杆动作之后反应,并且在不同的运动任务场景中同一群神经元的电活动模式会发生改变。进一步的化学抑制实验结果表明,特异性抑制直接通路神经元会破坏推杆运动的起始,而特异性抑制间接通路神经元会引起试验间隔里的错误推杆次数显著上升。任一通路的抑制均会降低推杆动作本身的熟练程度。

    这一研究为基底神经节直接通路和间接通路的架构和功能提供了新的认识,为揭示运动学习的环路原理提供了重要数据。该研究为基底神经节相关的运动障碍疾病的机制研究和治疗提供了新线索。

    研究表明,直接通路和间接通路的神经元都参与了小鼠执行向右推杆任务的过程。在任务规则的执行上,前者主要负责目标运动的起始,后者主要负责与任务目的无关运动的抑制;在具体动作的执行上,两者都参与了对推杆动作准确度的调控。两条通路彼此配合,共同保证小鼠高效、准确地执行运动任务。

    这进一步表明大脑的不同部分能够以类似的方式组织。虽然杏仁核参与了恐惧和防御性反应,但这项研究标明,食欲行为也是由相同的环路驱动的,证明了大脑中的正负情绪与奖赏之间的对抗性相互作用。

    科学家揭示纹状体脑区在运动学习过程中的神经机制

    图3.选择性抑制不同通路的神经元引起行为学参数的不同变化 选择性抑制直接通路活动引起推杆次数的下降和反应时间的延长,选择性抑制间接通路活动只显著增加了试验间隔内的推杆次数。抑制任一通路的活动均引起小鼠推杆轨迹稳定性的下降。

    背外侧纹状体脑区主要接收来自感觉运动皮层四肢代表区的投射,对运动技能的学习、运动的执行、运动习惯的形成具有重要作用。该脑区分布的多棘投射神经元分别介导了基底神经节运动调控中的两条经典通路,即直接通路和间接通路。然而,两条通路在运动学习过程的参与机制尚不明确。

    Tonegawa 及其同事的新研究表明,杏仁核中两个相反的通路能够促进或抑制食欲,同时也能对恐惧刺激做出响应。研究人员观察到,杏仁核通过一种“推拉”的方式控制对积极或消极刺激的反应。

    5月9日,中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室蒲慕明院士研究组在《美国科学院院刊》在线发表了题为《运动学习中背外侧纹状体直接通路和间接通路神经元稳定、独特的顺序性电活动的涌现》。该工作系统描述了背外侧纹状体直接通路和间接通路的同一群神经元在运动学习过程中的电活动变化,并且揭示了神经元集群的电活动如何经过学习依赖的时序重构最终形成独特、稳定的顺序性发放模式,同时发现两条通路的神经元活动在运动行为中具有相对独立又彼此配合的角色分工。

    这些实验结果表明,直接通路和间接通路的神经元都参与到小鼠执行向右推杆任务的过程当中,在任务规则的贯彻上,前者主要负责目标运动的起始,后者主要负责与任务目的无关的运动的抑制;在具体动作的执行上,二者都参与了对推杆动作准确度的调控。两条通路彼此配合,共同保证小鼠可以高效、准确地执行学会的运动任务。

    本报讯(记者黄辛 见习记者卜叶)日前,美国《国家科学院院刊》在线发表了中科院神经科学研究所所长、脑科学与智能技术卓越创新中心主任蒲慕明研究组的一项成果。该研究系统描述了背外侧纹状体直接通路和间接通路的同一群神经元在运动学习过程中的电活动变化,并发现两条通路的神经元活动在运动行为中具有相对独立又彼此配合的角色分工。

    此外,杏仁核还参与了记忆。这个微小的结构结合了多个脑区的信号输入,将感觉与记忆结合在一起,创造出奖赏事件中令人愉快的回忆,或创伤性事件中令人悲伤的回忆。

    据介绍,研究人员在这项研究中重点关注三个问题:第一,运动学习将会如何影响背外侧纹状体神经元的活动?第二,运动学习产生的影响在背外侧纹状体的直接通路和间接通路神经元活动中是否有差异?最后,若两条通路神经元活动变化不同,是否能够揭示通路特异性的功能差异?

    图1.小鼠推杆运动学习任务范式的建立 小鼠推杆行为范式。头部固定的小鼠被训练在声音信号的提示下,在规定的试验时间里推动一根活动杆。成功的推杆会获得水作为奖励。 伴随着学习,小鼠的成功率逐步上升至平台期,反应时间逐渐下降,在试验间隔内的平均推杆次数经历了先上升后下降的过程。 小鼠的推杆轨迹伴随着学习从杂乱变得整齐。

    《中国科学报》 (2019-05-14 第1版 要闻)

    在这项新的研究中,科学家们利用光遗传学来探索中央杏仁核中七种遗传学上不同类型的神经元之间的相互作用,并确定了跨越杏仁核基底外侧和中央区域的神经回路(杏仁核分为两部,包括基底外侧核群和皮质内侧群,中央杏仁核属于皮质内侧核群。),这也揭示了这些边缘系统中的投射与促进或抑制运动的皮层

    据悉,蒲慕明组的博士研究生盛孟君、卢迪为该研究论文的共同第一作者,在蒲慕明研究员的指导下完成,研究组的其他同事也在研究中发挥了作用。该课题受到中国科技部的973项目,中国科学院战略性先导科技专项和上海市重大科技专项等项目的资助。

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    科学家揭秘身体如何高效准确执行运动任务
    • 纹状体环路非常相似。

    要解决上述问题,必须在活体动物中同时记录同一批神经元在学习过程中的电活动变化。纹状体处于大脑深部,这首先是一个技术上的难题。盛孟君、卢迪两位博士研究生在他们的研究中,首次解决了这一难题,实现了对大脑深部神经元集群电活动的长期稳定记录。

    在本研究中科研人员重点关注三个问题:第一,运动学习将会如何影响背外侧纹状体神经元的活动?第二,运动学习产生的影响在背外侧纹状体的直接通路和间接通路神经元活动中是否有差异?最后,若两条通路神经元活动变化不同,是否能够揭示通路特异性的功能差异?

    此外,科学家确定了调节行为的其他神经元的遗传表达。发现 Prkcd 基因在控制防御行为方面起关键作用。这些神经元用于启动或终止对电击的反应。而另外一种亚型,中央杏仁核中表达 Drd1 的神经元在摄食和饮水中也发挥了至关重要的作用。

    专家表示,这一研究为基底神经节直接通路和间接通路的架构和功能提供了新的认识,为揭示运动学习的环路原理提供了重要数据。该研究为基底神经节相关的运动障碍疾病的机制研究和治疗提供了新线索。

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    大脑杏仁核的功能

    这些实验结果表明,直接通路和间接通路的神经元都参与到小鼠执行向右推杆任务的过程当中,在任务规则的贯彻上,前者主要负责目标运动的起始,后者主要负责与任务目的无关的运动的抑制;在具体动作的执行上,二者都参与了对推杆动作准确度的调控。两条通路彼此配合,共同保证小鼠可以高效、准确地执行学会的运动任务。

    5月9日,中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室蒲慕明研究组在《美国科学院院刊》在线发表了题为《运动学习中背外侧纹状体直接通路和间接通路神经元稳定、独特的顺序性电活动的涌现》。

    压力可以通过几种方式影响我们的食欲。短时间的压力会抑制我们的胃口,但长期压力却会促进我们对食物的渴望,同时引起体重增加。使用鼠标模型,一项新研究探索了压力饮食背后的神经科学。杏仁核中的两个相反的环路,能够促进或抑制食欲行为,同时也驱动对恐惧刺激做出响应。这项研究由马萨诸塞州剑桥市 Tonegawa 实验室的科学家进行。该实验室由 Susumu Tonegawa 领导,隶属于日本 RIKEN 与麻省理工学院的联合工作的 RIKEN-MIT 神经循环遗传学中心。这项研究结果于 3 月 22 日发表在 Neuron 杂志上。

    在本研究中,研究者们训练小鼠学习一项声音提示下的推杆运动任务,并在此训练过程中使用在体双光子成像技术,长时程追踪背外侧纹状体同一群神经元的电活动。通过特异性标记直接通路和间接通路的神经元,研究者们观察到伴随着小鼠的学习过程,两条通路的神经元集群都逐渐产生了独特的、稳定的、顺序性发放的电活动模式,直接通路神经元倾向于在信号感知和推杆操作时活动,而间接通路神经元则更多地在推杆动作之后反应,并且在不同的运动任务场景中同一群神经元的电活动模式会发生改变。进一步的化学抑制实验结果表明,特异性抑制直接通路神经元会破坏推杆运动的起始,而特异性抑制间接通路神经元会引起试验间隔里的错误推杆次数显著上升。任一通路的抑制均会降低推杆动作本身的熟练程度。

    在这项研究中,基底外侧 - 中央杏仁核通路在结构上显示出与皮质 - 纹状体类似的环路。此外,研究发现相同的遗传标记在杏仁核的相反的环路上工作。

    运动技能的学习和掌握对于个体的生存至关重要。背外侧纹状体脑区主要接收来自感觉运动皮层四肢代表区的投射,在正常运动功能的执行、运动技能的学习以及习惯形成中具有重要的作用。已知该脑区主要分布着由多巴胺1型和2型受体分别标记的多棘投射神经元,分别介导了基底神经节运动调控中的两条经典通路,直接通路和间接通路。传统的拮抗模型认为直接通路促进运动,间接通路抑制运动。不同于拮抗模型中简单的“推-拉”式作用,协同模型认为,直接通路会促进期望运动的产生,间接通路会抑制那些与目的无关的竞争性运动。

    “正”和“负”神经元促进或抑制食欲

    该工作系统描述了背外侧纹状体直接通路和间接通路的同一群神经元在运动学习过程中的电活动变化,并且揭示了神经元集群的电活动如何经过学习依赖的时序重构最终形成独特、稳定的顺序性发放模式,同时发现两条通路的神经元活动在运动行为中具有相对独立又彼此配合的角色分工。

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    通常情况下,人们对中央杏仁核的研究主要集中在负面行为中。Tonegawa 表示,“我们的数据表明,中央杏仁核的主要功能是奖赏相关的行为,而不是以前许多研究所相信的恐惧相关的行为。”

    纹状体神经元在运动技能学习过程扮演一个重要的角色,在运动皮层选择控制运动行为的电活动模式时,起一个闸门式的调节作用。迄今,关于直接通路和间接通路神经元在运动学习过程的参与机制仍存有争议。

    在新研究中,Tonegawa 及其同事发现,先前确定的基底外侧杏仁核中对正面和负面刺激响应的神经元也投射到杏仁核的另外三个中央区域。研究人员发现,中央杏仁核中的这些不同神经元之间的交流促进或抑制了小鼠的奖赏相关行为。

    要解决上述问题,必须在活体动物中同时记录同一批神经元在学习过程中的电活动变化。纹状体处于大脑深部,这首先是一个技术上的难题。盛孟君、卢迪两位博士研究生在他们的研究中,首次解决了这一难题,实现了对大脑深部神经元集群电活动的长期稳定记录。

    在科学家以前的研究中被称为“正面”和“负面”的神经元现在被证明可以调节促进或抑制食欲行为通路。这些神经元的分别表达 Ppp1r1b 和 Rpso2 基因。

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    杏仁核——附着在海马末端的一个小的杏仁形状的区域,是大脑的情绪控制中心。杏仁核是产生情绪,识别情绪和调节情绪,控制学习和记忆的脑部组织。由杏仁核控制的情绪似乎大多与生存息息相关。当我们遇到危险时,杏仁核会产生“战斗或逃跑”的反应,但当我们遇到无助的孩子,潜在性伴侣或食物时,它又会触发其他的情绪反应。

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