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文獻(xiàn)分享:利用微型化雙光子技術(shù)揭示“擺爛躺平”背后的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制

瀏覽次數(shù):513 發(fā)布日期:2023-7-6 
Neuron︱利用微型化雙光子技術(shù)揭示“擺爛躺平”背后的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制

世上無(wú)難事,只要肯放棄。你是否也遇到連綿不斷花樣百出的工作挑戰(zhàn)曾經(jīng)想要擺爛躺平?社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)壓力越來(lái)越大,打工人是“扶我起來(lái),我還能肝”,還是“大膽躺平,妥妥擺爛”,這成為當(dāng)下社會(huì)討論的焦點(diǎn)。

科學(xué)家們?cè)噲D從科學(xué)的角度幫助闡述這個(gè)問(wèn)題。既往研究表明,在充滿挑戰(zhàn)的情況下,個(gè)體可能會(huì)鍥而不舍以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果,甚至每次嘗試后會(huì)更加努力。但是經(jīng)過(guò)多次重復(fù)失敗后通常會(huì)導(dǎo)致個(gè)體放棄或者躺平。哺乳動(dòng)物的大腦如何在挑戰(zhàn)性經(jīng)歷中做出從主動(dòng)出擊到擺爛躺平的決定,仍然是一個(gè)未解決的問(wèn)題。目前的人類影像學(xué)資料表明,前額內(nèi)皮質(zhì)、扣帶皮質(zhì)、背外側(cè)和腹外側(cè)前額皮質(zhì)、眶皮質(zhì)、顳-頂區(qū)和前扣帶回可能會(huì)參與放棄的決策過(guò)程。但是,支持這種適應(yīng)性決策的確切神經(jīng)解剖學(xué)和神經(jīng)化學(xué)基礎(chǔ)尚未闡明。
 
2023年6月23日,復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院Nashat Abumaria(那德)老師和顧宇老師團(tuán)隊(duì)合作于國(guó)際著名期刊Neuron發(fā)表題為“A neural circuit for regulating a behavioral switch in response to prolonged uncontrollability in mice”的研究論文。
 
 
在本研究中,作者發(fā)現(xiàn)投射到眶額葉皮層(OFC)內(nèi)GABA能神經(jīng)元的去甲腎上腺素能神經(jīng)元是關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因素。利用微型化雙光子成像技術(shù)(FHIRM-TPM)和其他在體記錄手段,作者發(fā)現(xiàn)自由行為小鼠OFC中去甲腎上腺素的減少和α1受體的下調(diào),減少了驅(qū)動(dòng)動(dòng)作行為所必需的GABA能神經(jīng)元的數(shù)量和活性,從而導(dǎo)致行為轉(zhuǎn)變,促使個(gè)體在反復(fù)結(jié)果不可控的狀態(tài)中做出從行動(dòng)模式切換到放棄行動(dòng)模式的決定。
 
作者首先構(gòu)建了兩種從行動(dòng)模式到放棄行動(dòng)模式的小鼠模型。在第一個(gè)模型中,將小鼠暴露于3天的足底電擊。從第1天到第3天,小鼠行為從跳躍和轉(zhuǎn)圈等行動(dòng)模式為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉艞壭袆?dòng)模式。在另外一個(gè)模型中,將小鼠暴露于3天不可逃脫游泳中,從第1天到第3天,小鼠行為從攀爬和轉(zhuǎn)圈等行動(dòng)模式為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉艞壭袆?dòng)模式。
 
圖1:兩種動(dòng)物模型中小鼠從行動(dòng)模式到放棄行為模式轉(zhuǎn)換過(guò)程
 
作者隨后通過(guò)藥物操作手段排除了血清素、多巴胺等對(duì)于該行為模式的調(diào)控,并發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素能神經(jīng)元的激活和抑制調(diào)節(jié)了這種行為轉(zhuǎn)變。作者進(jìn)一步通過(guò)順行示蹤和逆行示蹤的手段鑒定發(fā)現(xiàn)OFC神經(jīng)元和藍(lán)斑核去甲腎上腺素能神經(jīng)元的投射。OFC神經(jīng)元接受藍(lán)斑核去甲腎上腺素能輸入;藍(lán)斑核去甲腎上腺素能神經(jīng)元逆行投射到OFC,主要與抑制性神經(jīng)元形成連接。光激活OFC去甲腎上腺素能神經(jīng)元后可增加行動(dòng)模式,抑制該神經(jīng)元導(dǎo)致放棄行動(dòng)模式的發(fā)生增多。
 
圖2:示蹤手段鑒定發(fā)現(xiàn)OFC神經(jīng)元和藍(lán)斑核去甲腎上腺素能神經(jīng)元的投射
 
為了在活體動(dòng)物細(xì)胞水平上提供進(jìn)一步的探究,作者使用微型化雙光子成像技術(shù)(FHIRM-TPM)對(duì)模式動(dòng)物自由行為下OFC GABA能神經(jīng)元的實(shí)時(shí)活動(dòng)進(jìn)行了成像。在實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)程中跟蹤同一群細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)這群細(xì)胞整體鈣信號(hào)逐漸下降,與從行動(dòng)模式到放棄行動(dòng)模式的行為轉(zhuǎn)變一致。GABA能神經(jīng)元活性的降低不是由于光漂白或其他成像偽影,因?yàn)樵谛袨橛?xùn)練的3天內(nèi)基線熒光信號(hào)保持相似(沒(méi)有下降)。作者通過(guò)對(duì)細(xì)胞水平的詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn),并非所有OFC GABA能神經(jīng)元都對(duì)實(shí)驗(yàn)有反應(yīng)。除了降低細(xì)胞的總體活性外,作者觀察到在實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)程中響應(yīng)的GABA能神經(jīng)元百分比逐漸降低。
 
圖3:微型化雙光子成像揭示行為轉(zhuǎn)變期間OFC中的GABA能神經(jīng)元活動(dòng)
 
作者隨后利用多通道電極,光遺傳學(xué)刺激,藥物刺激等實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)一步驗(yàn)證了該發(fā)現(xiàn),OFC GABA能神經(jīng)元(接受去甲腎上腺素能輸入)通過(guò)促進(jìn)行動(dòng)模式和防止向放棄行動(dòng)模式的轉(zhuǎn)變來(lái)調(diào)節(jié)行為轉(zhuǎn)換。長(zhǎng)時(shí)間接觸無(wú)法控制的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致去甲腎上腺素濃度逐漸降低和OFC中α1受體的下調(diào),兩種因素共同導(dǎo)致維持行動(dòng)模式所必需的OFC GABA能神經(jīng)元的數(shù)量和活性減少,最終使得行為模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉艞壭袆?dòng)模式。
 
在這項(xiàng)研究中,作者建立了兩種小鼠在長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)歷不可控結(jié)局時(shí)的行為轉(zhuǎn)變模型。使用這些模型來(lái)定義OFC中去甲腎上腺素、α-1a腎上腺素受體和GABA能神經(jīng)元活動(dòng)的釋放如何調(diào)節(jié)這種行為。結(jié)合微型化雙光子顯微鏡在細(xì)胞水平進(jìn)一步探究這種適應(yīng)性決策的確切神經(jīng)解剖學(xué)和神經(jīng)活動(dòng)基礎(chǔ)機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)為面對(duì)反復(fù)失敗的個(gè)人行為(例如戒煙機(jī)制)提供了見(jiàn)解,并為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究提供了易于操作的模型。
 
希望隨著該領(lǐng)域的進(jìn)一步深入研究,對(duì)“躺平擺爛”神經(jīng)機(jī)制的更多認(rèn)識(shí),或許將幫助我們更科學(xué)地設(shè)立奮斗目標(biāo),更積極有效地應(yīng)對(duì)無(wú)法掌控的困難,在更多的挑戰(zhàn)中都能百折不撓兵來(lái)將擋水來(lái)土掩。
 
【參考文獻(xiàn)】
Li, C., T. Sun, Y. Zhang, Y. Gao, Z. Sun, W. Li, H. Cheng, Y. Gu and N. Abumaria (2023). "A neural circuit for regulating a behavioral switch in response to prolonged uncontrollability in mice." Neuron.
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